當(dāng)牛頓（Issac Newton）坐在樹下被掉下來的蘋果砸了腦袋時(shí)，他突然領(lǐng)悟到蘋果之所以掉下來,，是因?yàn)榈厍驅(qū)μO果有吸引力,，這個(gè)“重力”促使蘋果加速落下地面。

這只是一個(gè)美麗的傳說,。但牛頓的確發(fā)現(xiàn)了“萬有引力”,，即任何兩個(gè)物體之間都存在吸引力。將引力與牛頓同時(shí)發(fā)明的動(dòng)力學(xué)三定律結(jié)合,，不僅可以解釋地球上重物的下落,，還能準(zhǔn)確描述月球繞地球、行星繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn),，甚至預(yù)測(cè),、發(fā)現(xiàn)過去不知道的海王星、冥王星。這是十七世紀(jì)物理學(xué)的頂峰,。

萬有引力定律很簡(jiǎn)單：兩個(gè)物體之間的引力大小與它們的質(zhì)量成正比,，與它們之間的距離平方成反比。牛頓沒有想到去探究一下,，如果兩個(gè)物體相距非常遠(yuǎn),，它們?nèi)绾沃辣舜说馁|(zhì)量和距離？如果一個(gè)物體的質(zhì)量變了或者挪近了一點(diǎn),，另一個(gè)物體怎么就會(huì)知道自己的受到的引力應(yīng)該不一樣了,？對(duì)于牛頓來說，這都是不言而喻,、理所當(dāng)然的,。

直到二十世紀(jì)初，愛因斯坦（Albert Einstein）覺得這很不可思議,。傳說他在阿爾卑斯山中開會(huì),，與一些大物理學(xué)家登山時(shí)，曾對(duì)居里夫人（Marie Curie）抱怨：你看我們從山下走到山上,，地球的質(zhì)量分布有了變化,。如果月球上、火星上有智慧生物的話,，他們通過測(cè)量地球引力的變化，馬上就能知道有人上了山,。這個(gè)信息的傳播超過了光速,，違反了相對(duì)論。

相對(duì)論是愛因斯坦在1905年建立的,。當(dāng)時(shí)他25歲,，在瑞士專利局里打著一份小工。相對(duì)論驚世駭俗,，指出日常生活中習(xí)以為常的空間,、時(shí)間是“相對(duì)”的，因人的所在而異：一個(gè)人看到一輛高速開過的火車中的距離會(huì)縮短（“尺縮”）,、時(shí)間會(huì)變慢（“鐘慢”）,。而更有意思的是這個(gè)現(xiàn)象是反之亦然的：火車?yán)锏娜艘矔?huì)覺得站臺(tái)上的尺子縮短了，鐘變慢了,。他們都沒有錯(cuò),，只是時(shí)間間隔和空間距離在不同的參照系中不具有一致性，是相對(duì)的,。唯一例外的是光傳播的速度：光速在所有的參考系中都是一樣的,、絕對(duì)的。而且，其它任何有實(shí)際意義的速度都不能超過光速,。因此,，牛頓那不需要時(shí)間傳播的引力違反了相對(duì)論。

為了解決這個(gè)問題,，愛因斯坦又花了整十年的時(shí)間,，在1915年發(fā)表了“廣義相對(duì)論”。這時(shí),，空間和時(shí)間不僅僅是相對(duì)的,，而且不平坦、會(huì)彎曲,。蘋果之所以掉下來,，月球之所以繞地球轉(zhuǎn)，是因?yàn)榈厍蚋浇臅r(shí)空因?yàn)榈厍虻馁|(zhì)量而彎曲了,。

愛因斯坦用這新理論推算了水星公轉(zhuǎn)軌道近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng),，成功地解決了觀測(cè)結(jié)果與牛頓力學(xué)不符合的難題。1919年,，英國(guó)天文學(xué)家愛丁頓（Arthur Eddington）通過對(duì)日全食時(shí)恒星位置的測(cè)量證實(shí)了光線的確會(huì)因（太陽(yáng)）質(zhì)量而彎曲,，符合廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)。這個(gè)結(jié)果轟動(dòng)一時(shí),。盡管時(shí)空彎曲匪夷所思,，也逐漸開始被科學(xué)界接受。愛因斯坦本人則一下子成為超越科學(xué)界的社會(huì)大明星,。

荷蘭布爾哈夫科學(xué)博物館（Museum Boerhaave）東墻上紀(jì)念廣義相對(duì)論的圖像,。上面是恒星光線因?yàn)樘?yáng)質(zhì)量而彎曲的示意圖，下面是廣義相對(duì)論場(chǎng)方程,。

然而,，當(dāng)愛因斯坦和居里夫人從山下走到山上時(shí)，這個(gè)變化的信息是如何通過彎曲時(shí)空傳遞的,，卻依然不明朗,。

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經(jīng)典物理學(xué)在十九世紀(jì)的一個(gè)偉大成就是麥克斯韋爾（James Clerk Maxwell）在1865年以一組方程式統(tǒng)一了電和磁兩種作用力，同時(shí)改變了人類的世界觀：看不見摸不著的電磁場(chǎng)是一種物質(zhì)存在,；電磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化形成電磁波,，可以在空間傳播、傳輸信息和能量,。我們?nèi)粘Ｊ煜さ墓?，就是電磁波。所有的電磁波在真空中具備同樣的速度,，也就是光速?/p>

“教皇的天文學(xué)家”,、梵蒂岡天文臺(tái)長(zhǎng) Guy Consolmagno 在一次活動(dòng)中穿著一件科學(xué)衫,，上面模仿圣經(jīng)口吻寫著：“上帝說，（麥克斯韋爾方程組）,，于是就有了光,。”

牛頓的萬有引力定律和描述兩個(gè)電荷之間作用力的庫(kù)侖（Charles-Augustin de Coulomb）定律在數(shù)學(xué)形式上完全一致：力都是與距離平方成反比,，與物理性質(zhì)（分別為質(zhì)量和電荷）成正比,。因此，當(dāng)麥克斯韋爾揭示出電荷之間的作用是以電磁場(chǎng),、電磁波的形式傳播時(shí),，人們自然而然地會(huì)聯(lián)想，萬有引力是不是也會(huì)以一種類似的引力場(chǎng),、引力波傳播,？即使在相對(duì)論問世之前，包括著名科學(xué)家龐加萊（Henri Poincare）在內(nèi)很多人都做過這方面的推斷和研究,。

在廣義相對(duì)論中,，引力場(chǎng)便是質(zhì)量附近彎曲的時(shí)空。那么,，質(zhì)量的變化或運(yùn)動(dòng)勢(shì)必引起彎曲程度的變化,，于是這隨時(shí)間而起伏的彎曲便如同水面上蕩漾的漣漪，不就是引力波嗎,？

只是直覺的圖像不能代替嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿?。自從確立了廣義相對(duì)論的場(chǎng)方程之后，愛因斯坦和他的同行們便孜孜不倦地從中尋找,、推導(dǎo)出引力波的數(shù)學(xué)形式,。卻遇到未曾意料的困難。

廣義相對(duì)論的場(chǎng)方程由十個(gè)非線性方程組成,，幾乎無法求解。只有德國(guó)物理學(xué)家施瓦西（Karl Schwarzschild）在最簡(jiǎn)單的條件下找出一個(gè)精確解來（后來才知道他的解對(duì)應(yīng)于黑洞,，但當(dāng)時(shí)還沒有那個(gè)概念）,。除此之外，只能用逼近修正的辦法尋求近似結(jié)果,，而如何找到合適的近似方式十分地讓人頭疼,。

1916年初，愛因斯坦給施瓦西寫信時(shí)頗為悲觀地嘆道,，“在引力場(chǎng)中可能并不存在與光波對(duì)應(yīng)的引力波,。”他解釋說可能的原因是電荷有正負(fù)之分,，因此電磁力有時(shí)異性相吸,、有時(shí)同性相斥。而自然界不存在負(fù)質(zhì)量的物質(zhì)，只有引力,，沒有斥力,。（正負(fù)電荷組成的偶極子的振蕩是產(chǎn)生電磁波最基本的方式，而引力場(chǎng)中不存在偶極子,。）

不過也就在那年六月,，愛因斯坦在柏林的普魯士科學(xué)院做報(bào)告時(shí)，宣布他已經(jīng)通過一種近似方法找出了引力波的形式,。與電磁波一樣,，引力波以光速傳播。他說他一共得到三種引力波模式,，其中兩種不傳輸能量,，可能沒有意義。但第三種應(yīng)該是實(shí)在的引力波,。

可惜好景不長(zhǎng),。一年后芬蘭的一位物理學(xué)家諾德斯特龍（Gunnar Nordstrom）指出愛因斯坦的推導(dǎo)中有嚴(yán)重錯(cuò)誤，結(jié)論并不成立,。愛因斯坦知錯(cuò)必改,，在1918年1月發(fā)表一篇題為《論引力波》（On Grativiational Waves）的論文作修正。

1922年,，相對(duì)論最賣力的“宣傳部長(zhǎng)”和捍衛(wèi)者愛丁頓也對(duì)這問題感興趣,，自己鉆研后發(fā)現(xiàn)愛因斯坦引力波的前兩種模式的速度其實(shí)是無窮大，不由大樂,。他嘲諷說引力波不是以光速,，而是在“以人類的想象力（之速度）”傳播。一時(shí)思想混亂,。

研究廣義相對(duì)論動(dòng)用的數(shù)學(xué)十分復(fù)雜,，所需要的許多概念、工具當(dāng)時(shí)都還還沒有發(fā)展出來,。包括愛因斯坦在內(nèi),，大家都在盲人摸象般地探索。而與此同時(shí),，引力波依然虛幻飄渺,。

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十幾年后，愛因斯坦為了躲避納粹政權(quán)的迫害,，已經(jīng)離開了德國(guó),。他定居于美國(guó)的新澤西州，在新成立的普林斯頓高等研究院繼續(xù)學(xué)術(shù)研究,。1936年,，他與年輕助手羅森（Nathan Rosen）再次審度廣義相對(duì)論場(chǎng)方程,，結(jié)果出乎意料：他們居然從數(shù)學(xué)上證明了引力波根本無法存在——因?yàn)槟菚?huì)導(dǎo)致物理上不能成立的奇點(diǎn)。

他們立即寫就一篇論文,，送交美國(guó)權(quán)威的《物理評(píng)論》（Physical Review）雜志發(fā)表,。標(biāo)題就石破天驚地設(shè)問《引力波存在嗎？》（Do Gravitational Waves Exist?）,，而結(jié)論是否定的,。愛因斯坦同時(shí)還寫信給他的朋友、也已經(jīng)逃離德國(guó)在英國(guó)定居的物理學(xué)家玻恩（Max Born）通報(bào)這一“有趣的結(jié)果”,。他說“雖然引力波被假設(shè)在第一近似條件下肯定存在,，但其實(shí)不對(duì)。相對(duì)論的非線性場(chǎng)方程比我們現(xiàn)在所相信的要更復(fù)雜,?！?/p>

不到兩個(gè)月，《物理評(píng)論》給愛因斯坦寄來了一份匿名的審稿意見,，有十頁(yè)之長(zhǎng),，指出了論文的一些錯(cuò)誤，并說審稿者懷疑其中的推導(dǎo)和結(jié)論靠不住,。編輯希望能看到愛因斯坦對(duì)這些意見的回應(yīng),。

正在湖邊別墅度假的愛因斯坦看到這封信頓時(shí)火冒三丈。他大概壓根就沒有去看看審稿意見究竟有什么內(nèi)容,，就龍飛鳳舞地直接用德文給雜志社寫了一封簡(jiǎn)短回信：

親愛的先生,，

我們（羅森和我）給你們寄去論文是為了發(fā)表，并沒有授權(quán)給你們?cè)诟队≈鞍迅寮o專家看,。我看不出有任何理由來回應(yīng)你們那匿名專家的意見——反正那意見也是錯(cuò)的,。因?yàn)槌隽诉@樣的事，我準(zhǔn)備把稿件改送其它地方發(fā)表,。

尊敬地,，【簽名】

附筆：已經(jīng)去了蘇聯(lián)的羅森先生授權(quán)我在這件事上代表他。

愛因斯坦給《物理評(píng)論》的親筆回信

科學(xué)論文發(fā)表之前需要通過匿名的同行評(píng)議這個(gè)制度今天非常普遍,，但在當(dāng)時(shí)還是新鮮事物,。愛因斯坦在德國(guó)發(fā)表了大量論文的《物理年鑒》（Annalen der Physik）那時(shí)沒有這個(gè)制度。到美國(guó)后,，他雖然已經(jīng)在《物理評(píng)論》上發(fā)表過論文，但還從沒有收到過反對(duì)意見,。如此破天荒遭遇讓他感到羞辱,，便以為是雜志破了規(guī)矩。（其實(shí),，愛因斯坦離開德國(guó)前擔(dān)任普魯士科學(xué)院院長(zhǎng),，曾經(jīng)常為院刊審稿,。當(dāng)他看到他認(rèn)為毫無價(jià)值的投稿時(shí)，也從來沒有客氣過,。）他說到做到,，轉(zhuǎn)身就把論文原封不動(dòng)地寄往費(fèi)城的一家小刊物《富蘭克林研究所所刊》（Journal of the Franklin Institute）。

羅森在投稿后就去了蘇聯(lián),。接替他的是新到的英菲爾德（Leopold Infeld）,。雖然同樣任助手，但英菲爾德年近40,，已經(jīng)不那么年輕了,。他是因?yàn)樵谟?guó)與玻恩合作的相對(duì)論工作引起愛因斯坦的注意而被他招過來的。

英菲爾德第一天上班,，就碰見愛因斯坦與意大利著名數(shù)學(xué)家列維奇維塔（Tullio Levi-Civita）站在黑板前嘰里咕嚕地用“一種他們以為是英語(yǔ)的語(yǔ)言”討論引力波,。看著愛因斯坦“平靜地”闡述著引力波不存在的緣由,，英菲爾德大吃一驚,。不過他很快說服了自己接受這個(gè)結(jié)論，還自己找出了一個(gè)證明辦法,。

后來英菲爾德在看球賽時(shí)遇到剛從加利福尼亞理工學(xué)院度完一年學(xué)術(shù)假回來的著名天文物理學(xué)家羅伯森（Howard Robertson）,，兩人一拍即合成了好朋友。第二天,，英菲爾德在數(shù)學(xué)系大樓見到羅伯森,，得意洋洋地說他明白引力波為什么不存在。羅伯森自然不相信,。兩人仔細(xì)推敲了論證過程,，羅伯森很快就找出了其中的毛病，令英菲爾德敬佩不已,。他立即告知了愛因斯坦,。愛因斯坦倒是回答說他也是剛剛發(fā)現(xiàn)了有問題。

巧合的是愛因斯坦已經(jīng)安排好第二天在普林斯頓的學(xué)術(shù)例會(huì)上講解他這個(gè)新成果,。他一五一十地推演了引力波不能存在的“證明”后坦承這個(gè)結(jié)論可能并不成立,。他幾乎自嘲地感慨道，“如果你問我有沒有引力波,，我只能說我也不知道,。但這是一個(gè)非常有意思的問題?！边@句話至今還經(jīng)常被人援引作為愛因斯坦曾經(jīng)懷疑引力波的證據(jù),。

我們?cè)诘厍蛏狭?xí)慣用經(jīng)緯度作為坐標(biāo)系，球面上每一個(gè)點(diǎn)都有特定的經(jīng)度和緯度,。只有兩個(gè)例外：南極和北極,。在這兩個(gè)點(diǎn)上經(jīng)度完全沒有意義,，無法定義。這在數(shù)學(xué)上成為奇點(diǎn),，但并不說明這兩個(gè)點(diǎn)不能存在,。它們其實(shí)與地球上其它地方在幾何上沒有區(qū)別。如果我們換一下坐標(biāo)或者方向,，原來的極點(diǎn)就可以有“正?！钡淖鴺?biāo)值了。

愛因斯坦和羅森的錯(cuò)誤屬于同樣的性質(zhì),，只是其中的數(shù)學(xué)復(fù)雜得多,。還是羅伯森進(jìn)一步建議：如果把論文中的平面坐標(biāo)系改換成柱形坐標(biāo)，那么不僅原來的奇點(diǎn)不復(fù)存在,，還可以推導(dǎo)出引力波來——不過不再是他們想尋找的平面波,，而是柱面波。

這時(shí)候,，《富蘭克林研究所所刊》已經(jīng)毫無懸念地接受了投交的論文并寄來排好版的清樣請(qǐng)愛因斯坦校對(duì),。愛因斯坦也不含糊，直接就在校樣上大刀闊斧,，改得面目全非,。因?yàn)榻Y(jié)論已經(jīng)完全相反，他干脆把原來《引力波存在嗎,？》的題目改成了《論引力波》,，與十幾年前的論文同題。修改后的論文是一個(gè)很有意思的結(jié)構(gòu)：論文首先給出引力波作為場(chǎng)方程嚴(yán)格解的結(jié)果,，然后敘述對(duì)這種解（也就是引力波）是否可能存在的“疑慮”,，最后證明這些疑慮是沒必要的，因?yàn)榇嬖谟袊?yán)格的柱面波,。

《富蘭克林研究所所刊》最后發(fā)表的愛因斯坦和羅森《論引力波》論文版本

愛因斯坦在附給編輯部的信中只是輕描淡寫地說他已經(jīng)發(fā)現(xiàn)原稿的一些內(nèi)容需要做一些重要的更正,。發(fā)表的論文中只有一個(gè)腳注感謝羅伯森提供的幫助，但沒有說明是什么性質(zhì)的幫助,。這個(gè)新版本的《論引力波》成為廣義相對(duì)論場(chǎng)方程中引力波的第一個(gè)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)表述,，經(jīng)常被稱之為“愛因斯坦—羅森柱面引力波”。

在這場(chǎng)“風(fēng)波”中,，《物理評(píng)論》守住了同行評(píng)議制度的底線,。他們不僅沒有屈服于愛因斯坦的淫威，為他的論文開后門,，而且還堅(jiān)守了匿名原則,，始終沒有透露審稿者身份。直到69年保密期過后、當(dāng)事人均已不在人世的的本世紀(jì)初,，《物理評(píng)論》才公開了當(dāng)時(shí)的記錄。人們恍然大悟,，原來那審稿的就是羅伯森,。

在《物理評(píng)論》和羅伯森本人保存的檔案里還發(fā)現(xiàn)羅伯森后來給《物理評(píng)論》編輯寫過信，通告《富蘭克林研究所所刊》發(fā)表的新版本表明愛因斯坦已經(jīng)全盤接受他當(dāng)初的審稿意見,。但在公開場(chǎng)合,，羅伯森至死都守口如瓶。他在發(fā)現(xiàn)身名顯赫的同事犯了錯(cuò)誤時(shí),，不顯山不露水,，通過英菲爾德這個(gè)小一輩迂回、委婉地提供協(xié)助,，更沒有試圖為自己掙半點(diǎn)功勞,，顯示出非凡的紳士風(fēng)度。（羅伯森當(dāng)初的匿名審稿意見中便已經(jīng)提到了論文討論的其實(shí)是柱面波,，只是愛因斯坦壓根沒有當(dāng)回事,。）

相反，愛因斯坦在那之后直到逝世的20年里,，再?zèng)]有向《物理評(píng)論》投過一篇論文,。

（待續(xù)）