發(fā)表于1969年和1970年、有關(guān)發(fā)現(xiàn)名為引力波的時(shí)空漣漪的報(bào)告，被證明是錯(cuò)誤的。但這鼓舞了持續(xù)至今的努力。

圖片：Joseph Weber調(diào)整了他的一個(gè)鋁制圓柱上的儀器。他宣稱以此檢測到了名為引力波的時(shí)空漣漪。

2005年是1905年愛因斯坦“奇跡年”的百周年紀(jì)念，為此人們設(shè)立了世界物理年。以此為契機(jī)，我們將介紹與愛因斯坦成就相關(guān)的物理評論舊檔中的論文。

1918年，愛因斯坦用他新的廣義相對論來證明，時(shí)空中的漣漪可能存在并且會以光速移動(譯者注：這其實(shí)在1916年就已經(jīng)被證明了。)。1969年和1970年，《物理評論快報(bào)》的兩篇論文報(bào)告了這種引力波的第一次探測，它們看似來自我們銀河系的中心。這一發(fā)現(xiàn)后來不再被相信，而其背后的研究人員也備受爭議。但他的想象力和決心，鼓舞了其他物理學(xué)家尋找引力波，這一追求今天仍在繼續(xù)，如激光干涉引力波天文臺(LIGO)項(xiàng)目(譯者注：LIGO已經(jīng)于2015年成功地直接探測到引力波，并于2016年發(fā)布，這兩個(gè)年份恰好分別是廣義相對論跟引力波理論發(fā)表的百周年。)。

引力波實(shí)質(zhì)是行進(jìn)的時(shí)空幾何畸變，會使它遇到的任何物體實(shí)體的形狀產(chǎn)生晃動。為了檢測這種擾動，馬里蘭大學(xué)學(xué)院市分校的Joseph Weber制造了一些長約2米、直徑約1米的實(shí)心鋁制圓柱體，并懸掛在鋼絲上。通過的引力波將使其中一個(gè)圓柱體以其約1660赫茲的共振頻率振動。牢牢固定在圓柱體腰部周圍的壓電晶體會把振動轉(zhuǎn)換成電信號。

Weber竭盡全力將圓柱體與機(jī)械振動以及局部的地震跟電磁擾動隔離開來。他聲稱，背景噪聲的唯一主要來源，是鋁原子的隨機(jī)熱運(yùn)動。這種熱運(yùn)動導(dǎo)致圓柱體的長度以大約10^-16米的幅度發(fā)生不規(guī)律變化，這小于質(zhì)子的直徑，但預(yù)期的的引力波信號也不比它大很多。作為通過的引力波的證據(jù)，Weber在數(shù)據(jù)中尋找超出某個(gè)“閾值”的振動。閾值用于表征背景噪聲，但Weber并沒有對它作出前后一致或準(zhǔn)確的定義。

Weber的檢測證據(jù)基于，在相同的半秒時(shí)間內(nèi)，于多個(gè)圓柱中觀察到超出背景噪聲的信號。在看到兩個(gè)馬里蘭州圓柱之間的一些符合事件之后，Weber將他的一個(gè)圓柱移到位于約一千公里外、在芝加哥附近的的阿貢國家實(shí)驗(yàn)室。1969年，他在《物理評論快報(bào)》報(bào)道了81天內(nèi)在這兩個(gè)地點(diǎn)發(fā)生的二十多次符合探測。他計(jì)算出，一些信號是如此之強(qiáng)，以至于偶然符合只會在數(shù)百年或數(shù)千年內(nèi)發(fā)生一次。他認(rèn)為，這是引力波的“良好證據(jù)”。第二年，他聲稱在7個(gè)月內(nèi)檢測到311個(gè)符合信號，并且定向集中，都指向銀河系的中心。

第二次公報(bào)尤其引起轟動?，F(xiàn)于加州大學(xué)戴維斯分校工作的Tony Tyson，在當(dāng)時(shí)和同事一起制作了一個(gè)“Weber棒”，世界上其他一些團(tuán)隊(duì)也是如此。但除了Weber之外，沒人能看到任何隨機(jī)噪音以外的東西。Weber是一名電氣工程師，后來轉(zhuǎn)為物理學(xué)家。他對數(shù)據(jù)分析知之甚少，Tyson說，“結(jié)果是，他因此而倒臺?！比藗冎饾u發(fā)現(xiàn)，Weber評估信號符合的標(biāo)準(zhǔn)并不明確，且有主觀成分。到了20世紀(jì)70年代末，除Weber之外的所有人都同意，他宣稱的檢測是虛假的。

更重要的是，如果Weber信號的強(qiáng)度和頻率是真的，則意味著天上充滿了不遠(yuǎn)處發(fā)生的天體物理事件，其強(qiáng)度達(dá)到超新星噴射引力波的水準(zhǔn)。但Tyson說，Weber主張的失效，只是讓其他研究人員更加努力嘗試。今天，路易斯安那州和華盛頓州的兩個(gè)LIGO天文臺，在數(shù)公里的范圍內(nèi)，使用光學(xué)技術(shù)，來尋找時(shí)空畸變的表征(譯者注：這是2005年，現(xiàn)在這種表征已經(jīng)找到)。Tyson說，Weber值得稱贊，因?yàn)樗哑渌藥нM(jìn)了這個(gè)物理學(xué)領(lǐng)域?！笆抢щy吸引了我們?！?/p>

更多信息

Marcia Bartusiak，Einstein’s Unfinished Symphony: Listening to the Sounds of Space-Time (Joseph Henry Press, 2000)。中譯本：愛因斯坦尚未完成的交響樂，李紅杰 譯，湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2007年。

J.L. Levine, Early Gravity-Wave Detection Experiments, 1960-1975, Physics in Perspective, 6: 42 (2004). (英文，收費(fèi)論文)

LIGO主頁(英文)

Einstein@home(英文)讓人可以用他們計(jì)算機(jī)的空閑時(shí)間來幫助尋找引力波。

Physics Today文章(英文)關(guān)于愛因斯坦1936年一份被《物理評論》拒絕的有關(guān)引力波的稿件。

劉寄星，愛因斯坦和同行審稿制度的一次沖突，物理，2005，34(07)。與上文相似的一篇中文論文。

原文作者：David Lindley
原文作者簡介：David Lindley是美國弗吉尼亞州亞歷山大市的自由撰稿人，也是Uncertainty: Einstein, Heisenberg, Bohr, and the Struggle for the Soul of Science (Doubleday, 2007) (中譯本：科學(xué)之魂：愛因斯坦海森堡玻爾關(guān)于不確定性的辯論，李永學(xué) 譯，浙江人民出版社，2018年)的作者。

本文譯自 physics，由譯者 cmp0xff 基于創(chuàng)作共用協(xié)議(BY-NC)發(fā)布。
注意，這是2005年的舊文章