1916年，德國(guó)《物理學(xué)紀(jì)事》發(fā)表了一篇論文，這給此后100年的時(shí)空帶來(lái)了陣陣漣漪。論文的作者是阿爾伯特·愛(ài)因斯坦，題目是《廣義相對(duì)論基礎(chǔ)》。

100年之后，美國(guó)東部時(shí)間2016年2月11日，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)與來(lái)自加州理工學(xué)院、麻省理工學(xué)院以及科學(xué)合作組織“激光干涉引力波天文臺(tái)”(LIGO)的科學(xué)家共同宣布：LIGO于去年9月14日首次探測(cè)到引力波，證實(shí)了愛(ài)因斯坦100年前所做的預(yù)測(cè)，彌補(bǔ)了廣義相對(duì)論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中最后一塊缺失的拼圖。

100年來(lái)，引力波是否存在始終困擾著物理學(xué)界，甚至數(shù)次影響到諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的歸屬。

姍姍來(lái)遲的引力波是什么?

廣義相對(duì)論是愛(ài)因斯坦最引以為傲的成就之一。有一種說(shuō)法是，愛(ài)因斯坦曾經(jīng)這樣說(shuō)過(guò)：“如果我不發(fā)現(xiàn)狹義相對(duì)論，5年之內(nèi)就會(huì)有人發(fā)現(xiàn);但如果我不發(fā)現(xiàn)廣義相對(duì)論，50年之內(nèi)都不會(huì)有人發(fā)現(xiàn)。”

但遺憾的是，雖然愛(ài)因斯坦在上世紀(jì)20年代多次因相對(duì)論而被提名諾貝爾獎(jiǎng)，但由于當(dāng)時(shí)對(duì)相對(duì)論的質(zhì)疑同樣很多，且缺乏足夠多的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，謹(jǐn)慎的諾貝爾獎(jiǎng)組委會(huì)無(wú)法以此為理由為愛(ài)因斯坦頒獎(jiǎng)。到了1921年，因廣義相對(duì)論而名聲日隆的愛(ài)因斯坦提名的呼聲太高，無(wú)人可以與之媲美，但諾貝爾獎(jiǎng)組委會(huì)仍無(wú)法做出為相對(duì)論頒獎(jiǎng)的決定，因而，1921年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)甚至空缺了一年。而愛(ài)因斯坦最終在1922年年末獲得補(bǔ)發(fā)的1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)時(shí)，選擇的理由是愛(ài)因斯坦最可靠的一項(xiàng)成就——在《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性觀點(diǎn)》這篇論文中，用光量子假說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)進(jìn)行的解釋。(上述論文發(fā)表于1905年。同一年，愛(ài)因斯坦還有數(shù)篇論文問(wèn)世，其中就有如今最廣為人知的質(zhì)能方程：E=mc^2，以及狹義相對(duì)論。有人評(píng)價(jià)，單以這一年的成就，愛(ài)因斯坦就足以斬獲3個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)。)

如今，引力波被發(fā)現(xiàn)，再次證明了廣義相對(duì)論的重要性。那么，引力波到底是什么?為什么探測(cè)到它需要百年努力?

事實(shí)上，廣義相對(duì)論的很多推論是人們的直覺(jué)無(wú)法理解的。其中一項(xiàng)就是，廣義相對(duì)論中，引力被歸咎于時(shí)空的彎曲。它的意思是，我們平時(shí)看到的空間貌似是平直的，但真實(shí)的情況中，卻是像哈哈鏡里一樣扭曲的。這種扭曲是物質(zhì)造成的，質(zhì)量越大，扭曲就越大。不過(guò)，身處時(shí)空當(dāng)中的觀測(cè)者會(huì)隨著時(shí)空一起扭曲，同時(shí)扭曲程度也太小，因而人類(lèi)無(wú)法直觀感覺(jué)到這種扭曲。但我們看到的平面，并不一定是物理意義上的“平面”。

我們可以把宇宙想象成一張蹦床，如果沒(méi)有任何擾動(dòng)，它是平坦的。但有質(zhì)量的物體出現(xiàn)時(shí)，比如一個(gè)雞蛋，來(lái)游樂(lè)場(chǎng)的小孩子，或者是地球這樣的龐然大物，它就會(huì)變得彎曲。廣義相對(duì)論提出，引力的本質(zhì)，正是這種彎曲所帶來(lái)的。(物體運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)尋求最短的路徑，也就是一般意義上的“無(wú)外力情況下保持直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)”。但大質(zhì)量物體周?chē)?，由于空間的扭曲，我們看到的“直線(xiàn)”其實(shí)并不一定是最短路徑，因而，物體會(huì)改變運(yùn)動(dòng)路徑，這在觀測(cè)者看來(lái)，就像有力量使其偏離直線(xiàn)，這種力量就是引力。)

如果只是彎曲還好。但如果這個(gè)大質(zhì)量物體發(fā)生變化——雞蛋被吃了，小孩子蹦走了，或者地球爆炸了——蹦床就會(huì)開(kāi)始震動(dòng)，這種震動(dòng)就是引力波。當(dāng)然，跟著一起震動(dòng)的我們也感覺(jué)不到它在震動(dòng)。

對(duì)于不喜歡睡眠被地震打擾的人們來(lái)說(shuō)，感受不到宇宙的震動(dòng)是一件幸福的事。但物理學(xué)家可不這么想，他們急需感覺(jué)到震動(dòng)，來(lái)證明自己確實(shí)讀懂了宇宙。不過(guò)，100年來(lái)，雖然對(duì)水星近日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)等多項(xiàng)證據(jù)證明了廣義相對(duì)論的準(zhǔn)確性，但廣義相對(duì)論最直接的推論——引力波始終沒(méi)有被觀測(cè)到，這一直是一大缺憾。有資料記載，著名量子論專(zhuān)家費(fèi)曼在參加1962年于華沙舉行的廣義相對(duì)論研討會(huì)時(shí)，忍不住在給妻子的信中寫(xiě)下了如下的感想：“我沒(méi)有從會(huì)上獲得任何東西。我什么也沒(méi)有學(xué)到。因?yàn)闆](méi)有實(shí)驗(yàn)，這是一個(gè)沒(méi)有活力的領(lǐng)域，幾乎沒(méi)有一個(gè)頂尖的人物來(lái)做工作。”

事實(shí)上，上世紀(jì)60年代，馬里蘭大學(xué)的物理學(xué)家韋伯(JosephWeber)曾宣稱(chēng)他探測(cè)到了引力波，但因后來(lái)的重復(fù)實(shí)驗(yàn)一無(wú)所獲，這一發(fā)現(xiàn)并未得到認(rèn)可。從那時(shí)起，對(duì)引力波的探索從未停止過(guò)。

2016年，LIGO的發(fā)現(xiàn)，改變了百年來(lái)引力波探索一無(wú)所獲的歷史。難怪物理學(xué)家要為之痛哭流涕。