引力波存在与否的争议：爱因斯坦的修正和实验证实

在爱因斯坦广义相对论的架构下，时空几何不是固定不变的，能量和动量的存在会使时空弯曲；时空的几何结构体现引力场的大小，是可能随时间改变，类似于湖面的水波一样。在这样的架构下，一个很自然的问题是，时空几何的变动是否会产生引力波（gravitational wave），传递引力的信息与能量。对于引力波的研究，爱因斯坦也时常改变自己的想法和结论，挣扎于存在与不存在两者之间。在1916年2月给史瓦西的信件中爱因斯坦提到，根据他的广义相对论，并不存在类似光波的引力波，并将此结论归因于引力理论中并不存在类似电磁理论中的偶极体（dipole）。然而，几个月后，就在同年的6月，爱因斯坦发表了一篇预测引力波存在的论文。

关于引力波的研究，爱因斯坦在1936年与罗森（Nathan Rosen，1909—1995）向美国的《物理评论》（Physical Review）期刊投稿了一篇题目为《引力波存在吗？》的论文，内容提出一个令人吃惊的结论：平面引力波并不存在。《物理评论》的编辑在收到一份详细的审稿报告后，把审稿意见寄给爱因斯坦，并请他对评论意见做出回应。爱因斯坦的回信内容是：

我们（罗森先生和我）寄我们的手稿给你去发表，并没有授权你在付印前将它交给任何专家看。我认为不论怎样的错误，都没有理由去理会匿名专家的评论。因为这样的缘故，我宁愿在其他地方发表这篇论文。

We（Mr. Rosen and I）had sent you our manuscript for publication and had not authorized you to show it to specialists before it is printed. I see no reason to address the—in any case erroneous—comments of your anonymous expert. On the basis of this incident I prefer to publish the paper elsewhere.(www.xing528.com)

期刊的编辑回答说，他很遗憾爱因斯坦决定撤回论文，但他表示不会放弃期刊的审查程序。爱因斯坦对这件事相当愤怒，从此以后，他没有在《物理评论》期刊上发表任何论文。平心而论，对爱因斯坦来说，这样的审查程序是在他过去于德国的期刊发表论文时都没有过的。

后来，罗森去了苏联，爱因斯坦也有了新的助手英费尔德（Leopold Infeld，1898—1968）。有一次，英费尔德受邀拜访罗伯逊，罗伯逊试图说服英费尔德接受爱因斯坦和罗森那篇论文中的问题。当英费尔德告诉爱因斯坦这件事时，爱因斯坦说自己刚刚也发现了论文中的一些问题，他不得不修改准备在第二天做的报告内容。最后，爱因斯坦在校稿的过程中修正了与罗森一道创作的论文，认为他们证明了圆柱对称的引力波是存在的，这和原始宣称的结论相反。后来公开的文件揭示，罗伯逊就是当年爱因斯坦和罗森论文的评审专家。

引力波的存在已经在理论上被确认了，并且在1974年，双脉冲（pulsar）PSR 1913＋16的发现也间接验证了引力波的存在。这两个脉冲星靠得很近，彼此环绕的速度很快，会产生很强的引力辐射，引力波带走了能量使它们之间的距离更靠近，环绕速度更快。通过精确测量双脉冲星的周期变化，估算损失能量的速率，与引力波计算的结果相符。不过这只能说是间接的证据，对于引力波的直接观测，科学家已经投入了大量的人力和金钱，执行多个地面或卫星的观测计划，而LIGO（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，引力波天文台）团队也已经在2015年9月14日首次直接观测到13亿光年外两个黑洞合并所产生的引力波（详细情况参阅本书第四章的介绍）。