科普“引力波”的难题与困惑  

                      都世民    

我本想写一篇“引力波”科普文章，题目是“揭开引力波的神秘面纱 ”。我想分以下四部分撰文：

1. 引力波的一波三折。

2. 天体事件引发的巨大“核爆”。

3. 百年“捕捉”的艰辛。

4. 余波回响。

第一部分是写引力波预言的背后故事。1916年，爱因斯坦曾预言引力波存在。在1936年，爱因斯坦写的一篇文章《引力波存在吗？》投向《物理评论快报》，文章的结论是：引力波不存在！按照惯例，他的这篇文章需经同行评审。不久，爱因斯坦就收到该期刊主编的回信并附上评审意见，其中一位审稿人认为爱因斯坦的文章有漏洞。希望作者爱因斯坦进行修改后回复。爱因斯坦却拒绝修改及回复审稿意见，《物理评论快报》的主编只能拒稿。爱因斯坦认为：“我把文章寄给你们，不是让你们讨论是否发表，也未授权你们送给所谓的专家进行评审，他们绝对是错误的。既然这样，我只好另投它刊。”

半年后，爱因斯坦的这篇文章在《法兰克林研究院期刊》上发表。应当指出的是，这篇文章结论已经改成“引力波存在！”这是怎么回事呢？

说来也巧，再次审稿却送给同一审稿人Howard P. Robertson，这位年轻的审稿人改变以前的做法，设法结交了爱因斯坦的新助理应菲尔德 (Leopold Infeld)，并和他讨论爱因斯坦的文章的错误。应菲尔德将这些讨论告诉了爱因斯坦，爱因斯坦对文章做了重大修改，将其结论改成：引力波存在！发表在《法兰克林研究院期刊》上。

可是他在1936年给波恩 (MaxBorn)的信中却写道：

“与一位年轻学者（按：应该指的是罗森）合作，我们得到了一个有趣的结论，那就是引力波并不存在！虽然最初的概算认为他确实存在。”

原来引力波存在与否经历了这一反复过程，是引力波背后鲜为人知的故事。在今天这一背后故事却发人深醒。权威也有出错时！真正提出引力波存在应归在谁的名下？！详见下文

梁鹏，引力波背后的故事：爱因斯坦也曾犯错  ，2016-2-13，來源：科学网，本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-739833-955830.html  此文来自科学网梁鹏博客。参考消息网也有相关报道。

由于史实难定，恰巧今日科技网发文：爱因斯坦有关引力波的原始文件[图]，来源：中国科技网。http://www.wokeji.com/jbsj/yb/201602/t20160216_2229584.shtml。可是看不清原始文件是什么，让我无法结束这篇文章。

第二部分天体事件引发的巨大“核爆”。

1）29+36为何不等于65？

尽管愛因斯坦预言大宇宙存在引力波，但是产生引力波的源必须质量很大，于是科学家选择黑洞，当两个黑洞合成一个黑洞时，奇迹会发生，在合併的最后阶段要产生时空波动。因为这次观测的两个黑洞的初始质量分別為29顆太阳和36顆太阳，合併成了一顆时的质量应为65颗太阳，却变成62倍太阳质量高速旋轉的黑洞，称作Kerr黑洞。

2）加速质量产生引力波

为什么损失了3倍太阳质量就会辐射出引力波？关于这个问题的解释，在学术界有不同说法。英国德克萨斯大学达拉斯分校的迈克尔博士说：“加速电荷，像电子一样，产生包括可见光波在内的电磁辐射。同样，任何时候加速质量，就可以产生引力波。”输送给引力波的能量会导致两个黑洞螺旋式靠拢，直至合并，这是加速质量的迅变过程。这是宇宙大爆炸之后最有意义的事件。那种能量不像可见光那样很容易看到，而是更难察觉的引力波。

另一种解释是从理论上进行数学推导，并引入一个核电四极矩概念，它与所处温度、能态、核电荷分布多因素有关，科普起来相当困难。它们相互绕转的频率增加，导致两黑洞引力势能减小，于是导致两黑洞间距逐渐减小，是一种正反馈关系。随着两黑洞距离的减小，最终合并在一起，辐射很强的引力波。其能量相当于数亿亿亿亿颗原子弹同时爆炸，形成的威力非常惊人！这必然导致空间颤动。当然这是一种比喻吗？然而这一解释涉及三个问题：一是传播速度精确值是多少？是大于还是小于光速？二是黑洞到观测点距离怎么确定？这13亿光年怎么计算的？这次测得的引力波强度是多少电子伏特？三是引力波传播的衰减与距离的关系怎么验证？

今天科技日报发文：  人类有了看待宇宙的全新方式，来源：中国科技网-科技日报。文中叙述如下：

LIGO的信号提供了这一证据——也证实了两个黑洞的合并过程与预测一致。当两个黑洞开始互相靠近时，以引力波的形式辐射能量。LIGO探测到了这些波独特的声音，就像小鸟唱歌，科学家称之为“啁啾”，这让科学家能检测两个涉事黑洞的质量：一个约为太阳质量的36倍，另一个约29倍。接下来，黑洞融合在了一起。它们合并后会变成一个完美的球形，但一开始，就像LIGO看到的那样，以一种逐渐衰减的涟漪形式辐射出引力波。
对该文论述我写的意见是：顶级期刊这种叙述令人失望。因为它没有说清楚黑洞融合，为什么产生引力波？现在有的解释是用核电四极矩概念和加速质量概念，再深究就说不清了。黑洞吸光，为什么融合时丢失3个太阳质量，怎么丢失的？机理是什么？另外是黑洞靠近到什么距离会辐射引力波？从实测波形能判定吗？有的说是融合最后阶段，希望译文要准确。

关于引力波传播速度该文叙述为： 物理学家猜测，引力是以一种名为“引力子”的微粒形式传播的，就像光子那样。如果引力子像光子，那它就没有质量，引力波就会以光速传播，符合广义相对论中对引力波速度的预测。引力波速度会受宇宙加速膨胀的影响，但要在极远距离才能显出这种影响，以LIGO的探测距离影响可以忽略。

   但引力子有微小质量也是可能的，这意味着引力波的速度小于光速。如果这样，LIGO和Virgo探测到的引力波到达地球所花的时间，会比其他传统天文台探测到的同一事件中发出的γ射线到达地球的时间要长一点，这将对基础物理学产生重大影响。

对该文论述我写的意见是：这一段叙述只告诉判定方法，没有结论。没有结论又是谁先说引力波按光速传播。这是学术界争论焦点之一。总之，还是非常感谢你们最先提供这一报道，虽然没让我搞清这个问题，但多了解有关道理。

不难看出写科普必须以科学性为先，当问题有争论怎么办？创作科普必须搞清关键问题方可说清楚。难题解答不了，稿子怎么发？这是我第一次以这种形式发科普文章。为了避免文章过长，先写到这里。