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

100年之后，美國東部時間2016年2月11日，美國國家科學(xué)基金會(NSF)與來自加州理工學(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”(LIGO)的科學(xué)家共同宣布：LIGO于去年9月14日首次探測到引力波，證實了愛因斯坦100年前所做的預(yù)測，彌補了廣義相對論實驗驗證中最后一塊缺失的拼圖。

100年來，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)獎的歸屬。

姍姍來遲的引力波是什么?

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

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

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

事實上，廣義相對論的很多推論是人們的直覺無法理解的。其中一項就是，廣義相對論中，引力被歸咎于時空的彎曲。它的意思是，我們平時看到的空間貌似是平直的，但真實的情況中，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，身處時空當(dāng)中的觀測者會隨著時空一起扭曲，同時扭曲程度也太小，因而人類無法直觀感覺到這種扭曲。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，如果沒有任何擾動，它是平坦的。但有質(zhì)量的物體出現(xiàn)時，比如一個雞蛋，來游樂場的小孩子，或者是地球這樣的龐然大物，它就會變得彎曲。廣義相對論提出，引力的本質(zhì)，正是這種彎曲所帶來的。(物體運動時會尋求最短的路徑，也就是一般意義上的“無外力情況下保持直線運動”。但大質(zhì)量物體周圍，由于空間的扭曲，我們看到的“直線”其實并不一定是最短路徑，因而，物體會改變運動路徑，這在觀測者看來，就像有力量使其偏離直線，這種力量就是引力。)

如果只是彎曲還好。但如果這個大質(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——蹦床就會開始震動，這種震動就是引力波。當(dāng)然，跟著一起震動的我們也感覺不到它在震動。

對于不喜歡睡眠被地震打擾的人們來說，感受不到宇宙的震動是一件幸福的事。但物理學(xué)家可不這么想，他們急需感覺到震動，來證明自己確實讀懂了宇宙。不過，100年來，雖然對水星近日點運動的觀測等多項證據(jù)證明了廣義相對論的準(zhǔn)確性，但廣義相對論最直接的推論——引力波始終沒有被觀測到，這一直是一大缺憾。有資料記載，著名量子論專家費曼在參加1962年于華沙舉行的廣義相對論研討會時，忍不住在給妻子的信中寫下了如下的感想：“我沒有從會上獲得任何東西。我什么也沒有學(xué)到。因為沒有實驗，這是一個沒有活力的領(lǐng)域，幾乎沒有一個頂尖的人物來做工作。”

事實上，上世紀(jì)60年代，馬里蘭大學(xué)的物理學(xué)家韋伯(JosephWeber)曾宣稱他探測到了引力波，但因后來的重復(fù)實驗一無所獲，這一發(fā)現(xiàn)并未得到認(rèn)可。從那時起，對引力波的探索從未停止過。

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