传播，以思想的速度——爱因斯坦与引力波

现在所证明的正是曾经只能想象的。
　　引力波存在吗？事实上，就连爱因斯坦本人起初都有些拿不定主意，他曾两次宣称引力波不存在，但又两次改变了自己的想法。想了解引力波这一深奥却有趣的概念及其背后的故事，三代物理学家为揭示相对论所预言的引力波而进行的历时70年的探索，以及位列20世纪物理学前列的著名物理学家围绕引力波这一课题展开的激烈论战，本书都是不二之选。

 

2016年2月11日，科学家们宣布：激光干涉引力波观测台（LIGO）直接探测到了引力波。然而引力波是什么？

本书由LIGO的主要发起者、理论物理学家基普索恩推荐。

自爱因斯坦近一个世纪前次描述引力波以来，引力波问题遭遇了可能是物理学*持久的争议。到目前为止，尚未探测到这些由爱因斯坦的广义相对论首先预言的时空波动，只是在21世纪初的今天，我们才终于快有可能观测它们。
爱因斯坦的理论发表后，理论论战和棘手的辩论一直伴随着引力波这一课题，肯尼菲克这部划时代的著作将带领读者了解这段历史。那些鲜为人知的关于我们如何获得引力波定论的故事，涉及一系列20世纪物理学的一流人物，包括费恩曼、邦迪、惠勒、索恩和爱因斯坦本人，爱因斯坦曾两次宣称引力波不存在。但又两次改变了自己的想法。
《传播以思想的速度(爱因斯坦与引力波)》(作者丹尼尔·肯尼菲克)的书名来自爱丁顿在1922年作出的一个著名的怀疑论的评论——“引力波以思想的速度传播”。肯尼菲克以这个书名，来隐喻每一个物理学家设法解决引力波问题时所表现出来的个人的卓越才华，同这个领域那令人沮丧的整体进步迟缓所形成的鲜明对照。
《传播以思想的速度(爱因斯坦与引力波)》以新的眼光看待与引力波故事有关的种种麻烦与冲突，通过直接确证引力波的存在而次为其画上了一个圆满的句号

丹尼尔·肯尼菲克（Daniel Kennefick），1997年于加州理工学院获物理学博士学位，现任美国阿肯色大学物理系助教，主要研究引力波物理学以及现代物理学史。肯尼菲克博士还是LISA国际科学小组的成员，LISA是美国宇航局的一个项目，目标是在太空运行引力波探测器，国际科学小组为该项目提供理论指导。肯尼菲克博士也是《爱因斯坦全集》（The Collected Papers of Albert Einstein）（普林斯顿）的一名编辑，该项目致力于出版爱因斯坦的全部文稿并对其20世纪20、30年代的研究论文进行分析。

丹尼尔·肯尼菲克的物理学导师，正是著名理论物理学家、LIGO的主要发起者基普·索恩（Kip Thorne）。

致谢
章 引力波类比 1
第二章 爱因斯坦之前的引力波 21
第三章 引力波的起源 45
第四章 思想的速度 73
第五章 引力波存在吗？ 87
第六章 引力波及广义相对论的复兴 117
第七章 类比法辩论 139
第八章 运动问题 161
第九章 怀疑论者的肖像 201
第十章 接近探测的边缘 227
第十一章 四极公式争议 259
第十二章 跟上思想的速度 291
附录 Ａ 审稿人的评审报告 315
附录 Ｂ 采访及其他新的资料 323
注释 325

在这本书中，肯尼菲克描述了三代物理学家为揭示相对论所预言的引力波而进行的历时70年的探索。凭籍他的历史学家的技巧、他对相对论的精通和出色的叙事能力，他编织了一个关于在智力上和数学上进行较量的引人入胜的故事——同时概括出关于数学、直觉、类比、风格、证明的标准以及学术竞争等方面的作用的引人入胜的见解。

——基普·S·索恩(Kip S.Thorne)，加州理工学院

这本书对爱因斯坦的研究工作，以及对一般物理学史都有很重要的贡献。对于正在进行的探测引力波的尝试也是适时的。作者以独一无二的视角讲述了这个故事。作者与爱因斯坦学者团体、过去和现在工作在引力波领域的物理学家以及从事这一学科史研究的人都有极为紧密的联系。

——米歇尔·詹森(Michel Jansson)，明尼苏达大学

这本书是一项令人印象深刻的成就。肯尼菲克巧妙地把现代物理中起源于爱因斯坦引力波理论的深奥的但非常有趣的概念介绍给读者。他描绘了近一个世纪的历程中，一些常常是偶然的、曲折的、有时又有争议的想法的发展过程。这本书不仅是一部知识史，也是一个探索故事。通过展开的线索、部分的了解、演变的习俗、个人的作用和苦苦的思索，使读者了解理论物理学家是如何工作的。直到现在，实际上我们并没有认真研究过在爱因斯坦发表了著名的方程之后，他的广义相对论发生了什么。肯尼菲克是首批续写这个故事的人之一。

——大卫·凯泽(David Kaiser)，《掀开理论的帷幕：战后物理中费恩曼图的弥散》（Drawing Theories Apart the Pispersion of Feynman Digrams in Postwar Physios）一书的作者

在21世纪的初几年里，几个大型的引力波探测器陆续投入运行，这是批引力波观测站。要说到这些探测器的身世，可追溯到40年前。大约在1960年前后，在马里兰大学工作的美国物理学家韦伯（Joseph Weber）次开始尝试引力波的实验探测。直到1969年，引力波探测这个“领域”中，还只有韦伯和他的学生，但当他宣称已经探测到引力波时（韦伯，1969年），其他人（其中有些人原来就考虑过做这个课题）也开始着手建造他们自己的设备。结果证明，这是个错误的开始。这个富有争议的插曲持续了好几年，所有新的探测器小组都没能用他们自己的装置再现韦伯的结果(柯林斯，2004年)。虽然起步备受争议且充满曲折，但多数研究小组仍然在这个领域中坚持下来，进行了几十年的艰苦努力，并尝试了很多种实验装置。现在普遍的预期是，将在10年内首次直接探测到引力波。

对引力波探测这一尝试的热情的支持者之一是索恩，他曾打赌在20世纪末就会探测到引力波，这件事也反映了在引力波探测初期人们对此可能抱有的看法。在1981年要找个下注的人并不困难，这个肯下注的人就是天文学家奥斯特里克（Jeremiah Ostriker），对于当时提出的大型探测器计划，他是有名的反对者之一，而索恩则是型的新探测器项目—— 5亿美元的激光干涉引力波观测台（也称为LIGO）的重要支持者之一。当然，索恩赌输了，记录就贴在加州理工学院桥形建筑（桥楼）的西侧走廊，索恩办公室的外面，它旁边是超过半打的索恩和他的同事间的其他赌局［索恩的赌伴中著名的是霍金(Stephen Hawking)］，这些赌局中的大多数都是索恩赢了。在他的认输记录上写着：“我低估了LIGO完成观测所需的时间。”他和其他人设法使LIGO成为现实，在考虑到这个领域充满争议的历史的时候，可以想象这并非易事，尤其是争论存在于整个领域而不仅仅局限于实验方面。引力波理论的争议由来已久，有个错误的开始，又屡屡受挫。很多理论家甚至怀疑过这种波是否真的存在。爱因斯坦于1916年创立了引力波理论，但即使是他本人也曾至少两次站到了怀疑者的行列中。这种争议如何逐步变成了对理论的信心和对实验装置必要性的认同，并促成了今天的了不起的大项目，这正是本书的主要内容。