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第9章 来自宇宙的声音引力波（第2页）

英菲尔德一离开办公室，爱因斯坦就马上把那篇论文的手稿找出来开始修改。引力波的问题比他预想的要复杂得多。1916年，在提出革命性的引力理论——广义相对论——的短短几个月时间里，爱因斯坦就意识到，振动时空并由此产生以光速向外传播的涟漪是可能的。这种引力波类似于在电磁场中**漾的波——电磁波，早在1862年，麦克斯韦就把光认定为电磁波。

但是，爱因斯坦发现，直接从广义相对论中推导出准确的预测几乎是不可能的。这并不奇怪。为了描述引力场的各种能量分布，爱因斯坦被迫采用一组含有10个方程的方程组来代替牛顿的1个方程。如果这还不够复杂，那么所有形式的能量（不仅是质量能）都具有引力，包括引力本身。引力产生引力!为了避免理论陷入无法计算的非线性，爱因斯坦别无选择，只能考虑弱引力的情况，并且申明没有额外引力的参与。这样，爱因斯坦不仅把10个方程简化为易于处理的1个，而且得到了1个波动方程，就像麦克斯韦发现的那个方程一样。引力波似乎必须存在。

真实的情况是，依据广义相对论，爱因斯坦只能证明在引力很弱的特殊情况下，引力波才存在。但假如在更一般的情况下，引力波不存在，那引力波只是海市蜃楼。要想证明在所有情况下，广义相对论都能推导出引力波存在，那简直就是一场噩梦。这个推导太复杂，爱因斯坦一点灵感也没有。然而，20年来，证明引力波必定存在的愿望一直跟着爱因斯坦。当他逃离纳粹德国，在南加州逗留了一段时间后，最终在普林斯顿高级研究院（PriituteforAdvaudy）落脚时，这件事再次浮现在他的脑海中。

值得注意的是，爱因斯坦和他的第一位美国学生罗森发现了方程组的一个引力波解。这本该是一场胜利，但不幸的是，这个解中包含了一个奇点——引力波在一些地方激增到了无穷大——因此这个解毫无意义。本来要着手证明引力波的存在，但爱因斯坦和罗森似乎无意间证明了引力波根本不存在。

爱因斯坦丝毫不觉得失望。考虑到所有其他已知的场——电磁场、空气、水等——都可能有波的**漾，而引力场却没有，他认为这是非凡的发现。[1]爱因斯坦曾给远在德国的朋友、量子先驱马克斯·玻恩（MaxBorn）写信：“我与一位年轻的合作者得出了一个有趣的结论，引力波并不存在。”之后，爱因斯坦和罗森共同撰写了一篇论文，标题为《引力波存在吗？》并于1936年5月底投送到了美国《物理评论》杂志社。

7月23日，《物理评论》的编辑约翰·泰特（JohnTate）提出了退稿的要求，这让爱因斯坦大吃一惊。泰特在附信中说，一位匿名的审稿人指出该论文中有误。该审稿人声称，爱因斯坦和罗森以无穷大为由，证明引力波不存在，但这个令人困扰的无穷大是可以轻易消除的数学假象。泰特说，如果爱因斯坦能对审稿人的评论做出回应，他会非常高兴。

幸亏罗森已离开普林斯顿大学，到苏联担任学术职位去了，否则，他会目睹导师大发雷霆的情景。在德国，像《物理学年鉴》（AnnelenderPhysik）这样的期刊会毫无异议地发表爱因斯坦寄来的所有东西。如果计算中出现了差错，会有人发表一篇后续论文来指出这个错误。这是德国人做科学的方式。爱因斯坦不相信《物理评论》竟会如此傲慢地拒绝这篇论文。这倒不是说爱因斯坦自命不凡，或者骄傲自大，而是他觉得事情本来就不应该是这样做的。

爱因斯坦给泰特写了一封言辞激烈的回信：

1936年7月27日

亲爱的先生：

我们（罗森先生和我）将手稿寄给你意在发表，而不是授权你在付印之前呈现给专家审读。我看不出有什么理由回应你那匿名专家的评论（且还是错误的）。有鉴于此，我宁愿将论文发表到别处。

谨启

爱因斯坦

（又及：已经去苏联任职的罗森先生授权我在此事上代表他回复。）

爱因斯坦说到做到。第一次遭遇同行评议的蜇伤，爱因斯坦决定将这篇论文寄给他以前发过论文的小型出版物《富兰克林学会杂志》（theJournaloftheFranklinInstitute）。幸运的是，英菲尔德向爱因斯坦转述罗伯特森的意见时，论文还没寄出，否则爱因斯坦就没有机会纠正错误了。

爱因斯坦的引力场方程的要旨是普适的，或者说是共变的（t）。共变是指宇宙中所有的观察者看到的物理现象必须相同，而不应该依赖任何人所处的位置，可称为坐标系（atesystem）[2]。但便利的一面是，如果在一种坐标系中难以计算或无法计算的问题，只需要变换到另一种坐标系中，计算就可能很容易。这正是罗伯特森建议爱因斯坦做的事情。

碰巧的是，《物理评论》的匿名审稿人也提出了同样的解决办法。当时，爱因斯坦被愤怒蒙蔽了双眼，所以没有注意到。但当英菲尔德转述他与罗伯特森的对话时，爱因斯坦很高兴地承认了自己的错误。

爱因斯坦在办公室坐了1个小时，在论文的空白处匆匆地写着什么。现在他说引力波是存在的，爱因斯坦划掉了标题《引力波存在吗》，然后换成了《论引力波》[166]（OnGravitationalWaves）。写完后，爱因斯坦向后靠在椅子上，陷入了沉思。

爱因斯坦回顾着对于引力波的认知过程。早在1916年还在柏林时，他就相信引力波的存在，但并不确信，这件事已经在爱因斯坦的脑海里萦绕了20年。到了今年，也就是1936年，他又和罗森一起误以为引力波根本不存在。而现在，他终于确信引力波存在了。然而，要产生引力波真是太难了，直到1918年，爱因斯坦才想出了唯一能够产生引力波的波源，那就是两颗纠缠在一起相互绕转的恒星。但这样产生的引力波依然难以置信地微弱，实际上根本不可能探测到。[3]

爱因斯坦把论文交给了和他一起从德国来的，长期担任他秘书的海伦·杜卡斯（HelenDukas）。在杜卡斯重新打印论文稿的时候，爱因斯坦回到办公室给《富兰克林研究所杂志》的编辑写了一封投稿信。傍晚时分，他离开研究院时，把信件交给了杜卡斯。

奥尔登巷（OldenLane）路过一辆黄色推土机时，爱因斯坦在落日余晖中眯着眼睛看了一会儿，想知道驾驶这样一台机器会是什么感觉。爱因斯坦下定决心，如果下次那个驾驶推土机的工人在附近，他就会问问是否可以让他试试驾驶推土机。尽管人的名声大了有很多坏处，但也有好处。[167]

当爱因斯坦向右拐进默瑟街，朝他住的112号房子走去时，看见了一个人影从左侧的马坎德公园（MarquandPark）里出来，穿过前面的马路，消失在了斯普林代尔路。这人绝对就是抽着烟斗的罗伯特森。爱因斯坦若想着，这个人的建议与匿名审稿人的建议竟如此相似，好奇怪啊。[168]

这个念头只在爱因斯坦脑子里闪了一下。重要的不是他如何与罗森一起修改论文，而是他已经修改好了。现在爱因斯坦确信，引力波一定存在。

2015年9月，汉诺威

2015年9月14日之后的数月里，每一周，德拉戈和LIGo团队其他人的工作都繁重而艰巨。清单上列出了一长串的设备和软件，每一项都要检查，以确认没有发生故障。密歇根大学（UyofMi）的物理学家、LIGO探测委员会成员基思·莱尔斯（KeithRiles）说：“首要任务是确保自己没有欺骗自己。”

这是一项耗费大量时间和精力的艰苦工作，没有捷径可走。地球上有什么东西会模仿宇宙信号吗？有必要检查世界各地的地震记录，以排除探测到的是小地震的信号。在记录到信号的那一刻，两个探测地点有没有同时发生什么其他事情？是否有人骑自行车经过？是否有辆车撞到了附近道路上的一块突起（鼓包、石头）什么的？要想排除在汉福德和利文斯顿两地都曾发生的、能够在探测器上诱发两个完全相同信号的随机事件，这就有点麻烦了。但无论如何，要提出非凡的主张，就一定要有十足的把握。必须查阅各种记录、听麦克风录音、看闭路监控录像，以排除两个信号都是干扰信号的可能性。

当所有这些工作都完成之后，他们得出的结论是，在汉福德和利文斯顿看到的信号确实有可能是随机噪声产生的，但就概率而言，这种随机噪声需要20万年才能发生一次。信号的真实性似乎是毋庸置疑的，但还有最后一种可能性，它会让许多项目合作成员度过许多不眠之夜，那就是他们看到的是恶意的信号。

是否有人非法入侵了两个LIGO网站的电脑，并注入了信号呢？这种可能性很难排除。但调查小组得出的结论是，黑客要侵入电脑留下假信号，而且不留下任何痕迹，那就需要对多个复杂系统了如指掌。德拉戈说：“任何不可能完成的任务都会比这个更容易完成。”

到2015年底，LIGO本身的表现增强了团队的信心，让他们相信9月14日的信号是真实的。两地的巨型尺分别于10月12日和12月26日记录下了2个触发信号，每个信号都与对黑洞合并的预测精确吻合。与收到的第一个信号相比，这2个信号均较弱且难以识别。人世间的偶发事件与这套仪器合谋，伪造不止1次，而伪造了3次信号的可能性有多大呢？德拉戈说：“我们更确信了。”

保密是最重要的，参与项目合作中的任何人都不能告诉他们的朋友或家人LIGO发现了什么。对德拉戈来说，这并不太难。虽然他也渴望告诉别人，但是他太忙了，除了手头的工作，他完全顾不上其他任何事情。

此时的德拉戈和同事们正处于一种很少见的状况，他们知道了世界上其他人不曾知道的事情，历史上从没有人知道过的事情。英国传记作家彼得·阿克罗伊德（PeterAckroyd）推测，艾萨克·牛顿可能就体会过这种感觉，这或许可以解释为什么他在25年后才告诉别人发现万有引力定律和运动定律。但德拉戈根本没有这种感觉，他太忙了，除了筋疲力尽，什么也感觉不到。除了太忙，德拉戈还以为公众对这一发现没有丝毫的兴趣。但他大错特错了。

尽管每个人都宣誓要保守秘密，但当涉及来自16个国家的大约1000人时，就变得很难；由于需要通知团队以外的人员，保密任务难上加难。仅凭信号到达汉福德和利文斯顿之间的时间差，无法精确地推断出引力波源在天空中的位置，但可以将这个位置缩小到天空中相对狭窄的一个范围。世界各主要天文台的天文学家都接到了请求他们用望远镜扫视这一区域范围的通知，看看能否发现在9月14日前后天空中出现的任何不寻常的东西。

重大发现的传闻不可避免地在科学界流传开来。9月25日，亚利桑那州立大学的劳伦斯·克劳斯（LawrenceKrauss）在推特上写道：“有传言说在LIGO探测器上发现引力波的信号了。如果这是真的，那也太神奇了。如果再有新的进展，我将发布详细信息。”这条推文促使记者们开始给参与合作的人打电话。德拉戈说：“这让所有人都有点心烦意乱。”

LIGO的阿根廷裔美国发言人加布里·冈萨雷斯（GabrielaGonzalez）对此感到失望。早在9月16日，德拉戈第一次看到信号的第二天，冈萨雷斯和4名同事就给LIGo的合作项目团队成员发了电子邮件：“我们想提醒大家的是，一定要对外严格保密。”对冈萨雷斯来说，过早宣传是个大问题，因为在宣布结果之前，必须对科学成果进行确认。没有人想要在发布之后收回声明说是搞错了，让自己难堪。当记者们询问时，得到的都是相同的答复：“我们需要花几个月时间分析、解读数据的前景和背景，目前无可奉告。”