美媒：險些撤回引力波理論 愛因斯坦4個大錯誤之一

2016-02-16 13:33:00 來源：參考消息網 責任編輯：賈元熙
核心提示：身為天才，愛因斯坦一些最重大的失誤源於不願相信自己的理論能推導出一些結論。
參考消息網2月16日報道 美媒稱，2月11日，科學家們宣布觀測到了引力波存在的直接證據，從而證實了阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）的一個最令人難以置信的理論。這又一次印證了愛因斯坦是個天才（說得好像還需要什麼證明似的）。
不過，身為天才，這位1955年辭世的科學家也不能避免自己犯錯。他的一些最重大的失誤源於不願相信自己的理論能推導出一些結論。
據美國《紐約時報》中文網站2月15日報道，亞利桑那州立大學（Arizona State University）的理論物理學家勞倫斯·M·克勞斯（Lawrence M. Krauss）給我們介紹了愛因斯坦犯下的四個不小的錯誤。
一、量子糾纏
報道稱，這種物理現象意味著，相隔甚遠的物體之間可以相互影響，曾被愛因斯坦稱為「鬼魅般的超距作用」。他否認了這種可能性，拒絕相信無論離得有多遠的物體之間都可能相互影響。
「他認為鬼魅般的超距作用不會被證實，但它就是被證實了，」克勞斯博士說。「他覺得這不符合物理原理。他舉出這個例子，是為了說明為什麼量子力學很可能是錯誤的，結果它其實是正確的。」
報道稱，去年10月，一群科學家公布的研究成果提供了迄今為止支持這種說法最為有力的證據。在此之前，有一系列自70年代以來的實驗表明愛因斯坦太過武斷。
「從70年代末開始就做了這些實驗，但一直都需要做些額外的假設，」其中一名科學家在去年10月份告訴時報。「現在我們證實，的確存在鬼魅般的超距作用。」
二、引力透鏡效應
報道稱，在1936年，愛因斯坦在《科學》雜誌（Science）上發表了一篇文章，詳細解釋了他口中的「恆星讓通過引力場的光線發生偏差的類似透鏡的效應」。用更平白的語言來說，就是太空中的物體可以扭曲光線。
「當然了，」他隨手寫到，「沒有直接觀測到這一現象的希望。」
然而，克勞斯說：「愛因斯坦只考慮到了恆星的透鏡效應，沒有想到星系。他的確不那麼精通天文學。」
引力透視效應如今成為了讓科學家得以繪製宇宙圖譜的最有用的技術之一。
三、宇宙常數
報道稱，在嘗試將相對論的基本理論運用到宇宙構造中的時候，愛因斯坦在方程中加入了代表「宇宙常數」的一項，因為他認為，為了得到靜態宇宙，需要加上這一項來代表制衡引力的一種斥力。
多年以後，科學家發現宇宙在膨脹，於是愛因斯坦摒棄了這一常數。據稱他把宇宙常數叫做「自己最大的錯誤」。（不過，近年來，有關這句話是否為誤傳的疑問浮出了水面。）
無論如何，克勞斯表示，那個年代大家公認宇宙是靜態的，愛因斯坦不應該因為試圖讓方程成立而受到批評。但他又稱，這並不意味著愛因斯坦就可以免責。
「換個角度來看，這也是一個數學錯誤，因為宇宙常數並不能得到靜態宇宙，」他說。「會得到的結論反而是宇宙在越來越快地膨脹，也就是我們現在的理解。」
「在某種程度上，假如愛因斯坦有相信的勇氣，就會意識到自己的理論成立的前提是宇宙在膨脹，而不是靜態的，那麼他就能做出這一預測，」克勞斯還表示。「我時常說，哪怕他只是預測出宇宙在膨脹，那他也會很出名。」
（現在看來，宇宙常數或許並非錯得離譜。美國航空航天局[NASA]的科學家們表示，這個概念「極大地促進了理論與實測之間的融合」。克勞斯則稱，有可能暗能量的行為恰好就符合這一概念當初代表的含義。）
四、引力波
報道稱，引力波存在的直接證據如今讓愛因斯坦再次回到了新聞里，因為正是他在一個世紀前最先提出了該理論。有意思的是，在提出這一概念20年後，他改變了主意。
「愛因斯坦寫了篇論文說引力波並不存在，要收回這個理論，」克勞斯說。「結果是他犯了個數學錯誤，在他馬上就要發表（收回）文章的時候，錯誤被發現了。」
克勞斯說，這篇論文先是投給了《物理評論》（Physical Review），然而進行評議的數學家、物理學家霍華德·P·羅伯遜（Howard P. Robertson）發現了錯誤，於是文章被雜誌拒收。
報道稱，愛因斯坦對自己的文章竟被拿去評議感到憤怒，準備把它發表到另一份不出名的期刊上。不過，他自己也發現了這個錯誤，設法重寫了論文，弄準確了之後才發表。
「他想要收回我們今年剛剛實測到了的東西，」克勞斯自己笑了起來。「我覺得這真是有點詩意啊。」



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1921年，在維也納演講的愛因斯坦。圖片來源：美國《紐約時報》中文網站

【延伸閱讀】想在空間探測引力波？中國科學院發起「太極計劃」
中新網北京2月16日電 中國科學院16日舉行「空間引力波探測與研究」媒體見面會，記者從會上獲悉，中國科學院從2008年開始發起「太極計劃」。
一百年前，愛因斯坦在創立了廣義相對論后不久就提出了引力波存在預言。百年來，世界各國的科學家為尋找和發現引力波付出了巨大的努力，建造了多種實驗裝置。2016年2月11日，LIGO(激光干涉引力波觀測站)實驗組宣布直接觀測到引力波信號。這一劃時代的發現開啟了引力波物理和天文學以及量子宇宙物理研究的新紀元。
宇宙中引力波來自天體的能量和質量變化，不同頻率的引力波對應於不同的天體物理過程。引力波譜的分析表明，地面觀測的高頻(＞10Hz)引力波主要對應於緻密雙星的引力輻射。20世紀60年代，人們開始在地面用共振天線探測引力波，但是由於靈敏度不夠而未獲得肯定的結果。90年代以來，人們開始用激光干涉方法在地面測量引力波，臂長分別達到4公里(美國的LIGO)，3公里(意、法合作的VIRGO)，600米(德、英合作的GEO)，和300米(日本的TAMA300)，其技術水平比共振天線法的探測靈敏度提高了四個數量級，使得LIGO實驗組最終能夠直接觀測到引力波的信號。
近些年，X射線的天文觀測提供了星團等稠密動力學環境中中等質量黑洞存在的證據，而在宇宙學星系成長的等級過程中，中等質量黑洞作為超大質量黑洞早期種子來源的存在，也已在理論上被人們普遍接受。基於地面的引力波探測實驗裝置，由於受空間距離的限制和地球重力梯度雜訊的影響，無法探測低於10Hz的引力波，使其研究目標變得較為有限。
為此，多國科學家都在加緊開展空間引力波探測的研究計劃。1993年，歐洲空間局(ESA)首先提出激光干涉空間天線(LISA)計劃，在10-4-10-2Hz波段進行空間引力波測量。LISA計劃的引力波源是雙星系、超大質量雙黑洞和大質量比雙黑洞的併合、普通星系核中大質量黑洞捕獲恆星質量黑洞、超緻密雙星、以及大質量天體的爆炸等。2015年底已發射了LISA的關鍵技術驗證衛星LISA-Pathfinder，計劃於2025年左右發射(可能延至2030年或以後)由三顆各相距500萬公里，裝有空間激光干涉儀的衛星組進行空間引力波探測。
最近，美國提出的后「愛因斯坦計劃」包括兩顆星，其中一顆是「大爆炸觀測者」，著重於探測地面和LISA之間的中頻(1x10-2-100Hz)引力波。日本也提出了在相似頻段觀測引力波的DECIGO計劃。中頻波段的引力波源主要是中等質量的緻密雙星(黑洞、中子星、白矮星)，以及宇宙大爆炸早期(10-34秒以後)產生的引力波。空間激光干涉法測量中、低頻引力波將是天文學和空間宇宙物理最前沿的課題。
空間引力波探測已被列入中國科學院制訂的空間2050年規劃。2008年由中國科學院發起，中科院多個研究所及院外高校科研單位共同參與，成立了中國科學院空間引力波探測論證組，開始規劃中國空間引力波探測在未來數十年內的發展路線圖。經過幾年的努力，目前已形成了一支以中國科學院科研人員為主，胡文瑞院士、吳岳良院士為首席科學家的空間太極(Taiji)計劃工作組。在科學院先導科技專項空間科學預先研究項目連續三期的資助下，工作組組織了各種學術交流活動和研討會包括香山會議等，在引力波源的理論及探測研究和衛星技術研究上取得了諸多進展。
經引力波探測和研究工作組多次商議和論證，「太極計劃」的一個方案顯示，中國在2030年前後將發射由位於等邊三角形頂端三顆衛星組成的引力波探測星組，用激光干涉方法進行中低頻波段(1x10-4-1.0Hz)引力波的直接探測。衛星採用無拖曵技術，星組中衛星間距300萬公里，激光功率約2瓦，望遠鏡口徑約0.5米，加速度噪音為3x10-15ms-2/√Hz。頻率範圍復蓋了LISA的低頻和DECIGO的中頻。太極計劃的主要科學目標是觀測雙黑洞併合和極大質量比天體併合時產生的引力波輻射，以及其它的宇宙引力波輻射過程。
專家坦言，中國目前的技術能力與國際先進水平還有一定的差距，這種差距可以通過良好的國際合作得到一定的彌補。目前太極計劃工作組與國際同行已建立了廣泛的聯繫，與德國馬普學會引力物理研究所和萊布尼茨大學愛因斯坦研究所確立了深度合作關係。太極計劃工作組每年安排人員參加LISA合作組年會，與德國馬普學會引力物理研究所每年輪流舉辦合作交流會議，對研究中所遇到的問題進行磋商和交流。(完)
「太極計劃」是一個中歐合作的國際合作計劃，它有兩個方案。方案I是參加歐洲空間局的eLISA雙邊合作計劃，今年秋天將召開第三次雙方科學家會議，完成雙邊合作的可行性報告，然後各自向主管部門呈報，由雙方主管部門審批后執行。國際上很希望能有二組空間引力波探測系統同時進行空間探測，彼此驗證，方案II就是發射一組中國的引力波探測衛星組，與2035年左右發射的eLISA衛星組同時邀游太空，進行低頻引力波探測。方案II擬於2033年前後發射，實現我國大型先進科學衛星計劃的突破。屆時，中國衛星組與eLISA衛星組同時在空間獨立進行引力波探測，互相補充和檢驗測量結果，我國將成為國際上空間引力波研究最重要基地之一。以基礎科學研究為牽引，我國在空間科學研究、高端空間技術和科學衛星的整體水平上將會有一個質的飛躍。
（2016-02-16 11:56:01）

【延伸閱讀】引力波新聞發布會上的廣州留學生羅家倫

視頻：引力波：廣義相對論的有力證據  來源：央視新聞
中新網廣州2月15日電 題：引力波新聞發布會上的廣州留學生羅家倫
作者：許青青
在美國科研人員2月11日舉行的發現引力波的新聞發布會上，來自中國的留學生羅家倫作為發現引力波團隊的重要成員之一和發現論文合作作者之一，與團隊負責人Nelson Christensen教授一起接受了媒體的採訪。
羅家倫現就讀美國卡爾頓學院(Carletoncollege)四年級，主修專業高級物理，是廣東客家人，其中學就讀於廣州市天河中學，是廣州天河區2012年高考英語狀元。當年，他曾同時被美國卡爾頓學院和中山大學錄取。
15日，羅家倫在美國研究工作室內接受了記者視頻連線採訪。
羅家倫在視頻連線中介紹，進入卡爾頓學院就讀後，2013年大學二年級暑假，他在導師的帶領下參與了探測「引力波」的歷程。
據介紹，LIGO科學家探測到的是由兩個黑洞(分別相當於36個太陽質量和29個太陽質量)合併產生的一個時間極短的引力波信號，持續不到1秒。經過13億年的漫長旅行，於2015年9月14日抵達地球，被剛改造升級的LIGO的兩個探測器以7毫秒的時間差先後捕捉到。
整個「引力波」研究團隊大大小小的參與者約有1000多人。羅家倫所在的團隊50餘人主要負責探測器測量的數據處理。
當儀器探測到了成千上萬的數據，羅家倫所在小組需要運行程序來分析探測的引力波候選信號哪些是引力波。他們通過統計分析，尋找統計顯著的數據，最終找到信度高達99.99995%的論文中所介紹的引力波。
羅家倫表示，從個人觀點來電，引力波觀測站越多越好，因為LIGO目前能觀測到到距離並不是特別遠。而歐洲LISA引力波觀測台能觀測到更遠的引力波。中山大學也有引力波探測工程「天琴計劃」，羅家倫稱，如果中大的天琴計劃建成的話，地球上就將有3個引力波觀測站，如果大家合作研究的話，就能更清楚知道引力波的來源。
作為發現引力波的參與者之一，羅家倫非常興奮，他表示，「引力波展示了一個觀察宇宙的新方法。個人來說，我很興奮我們將發現關於我們宇宙的新工具。在LIGO我參與了幾個項目，它教會了我在一個大的團隊如何做出貢獻。」
對於將來的學習和工作，羅家倫表示將繼續讀研深造，未來將從事科學研究。如果國內有好的科研和工作機會，他表示願意回國參與研究，「因為好吃的都在國內嘛」。(完)
（2016-02-15 15:18:01）

【延伸閱讀】西媒解析關於引力波五個問題:由運動物質創造
參考消息網2月15日報道 西班牙《阿貝賽報》2月11日報道稱，美國「激光干涉儀引力波觀測台」（LIGO）執行主任戴維·賴茨11日在華盛頓舉行的記者會上宣布，科學家首次探測到被科學界期待已久的、由愛因斯坦提出的引力波的存在。
什麼是引力波？
引力波是在空間-時間組織中發生的微小波動。設想一下，宇宙如同一張蹦床。如果我們向宇宙中丟入一根羽毛，什麼也不會發生。但是如果我們丟入一個籃球，這個組織就會在重量之下發生彎曲變形，而且籃球越大，變形的幅度也就越大。用愛因斯坦的廣義相對論說，由於物質的存在，空間和時間會發生彎曲。但是，這種波動和變形並非永遠留在物體附近，而是有可能通過宇宙向外傳播，就像地震產生的地震波。這就是引力波。不同於地震波的是，引力波可以以光速在空蕩蕩的空間中旅行穿梭。
為什麼發現引力波如此重要？
100年前，愛因斯坦的廣義相對論預言了引力波的存在，但同時認為引力波本身十分微弱，因此幾乎不可能被發現。從那時起，全世界的科學家都在試圖與引力波來一場「不期而遇」。發現引力波有助於探測到宇宙中發生的爆炸性大事件，比如黑洞融合、中子星事件、超新星爆炸，甚至是138億年前導致宇宙誕生的大爆炸。此外，引力波的出現有可能促使天文學進入新的時代，它攜帶著不同於光和電磁輻射等方式傳遞過來的有關遙遠天體的信息。
什麼引發了引力波？
引力波是由運動中的物質創造的。但是，引力是四種基本相互作用中最弱的，因此它產生的波動極其微弱。物理學家認為，其振幅之小至多相當於一個質子直徑的千分之一。如此小力量的波動只能由處在高速運動中的龐大體系來引發，比如處在軌道上的即將合二為一的兩個黑洞。由於這樣的體系十分罕見，與我們的距離要以光年計算，所以對引力波的搜尋一直瞄準的是來自宇宙深處的能量最強大的天體系統所產生的微小影響。
LIGO如何發現了引力波？
「激光干涉儀引力波觀測台」由兩個孿生探測器組成，這兩個引力波探測器分別位於路易斯安那州利文斯頓和華盛頓州漢福德。它們的任務是搜集通過引力波傳送到地球的微小時空運動。每個探測器都有長達4公里的呈L形的測量臂。如果一股引力波通過探測系統，它通過激光束的距離會發生微小的變化。如果LIGO捕捉到了這種差異，便表明探測到了引力波。
由於具備兩個孿生裝置，LIGO可以最大限度地排除地面干擾，比如交通或地震產生的干擾。引力波探測器世界各地都有，包括位於義大利的「先進的處女座」引力波探測器、德國的GEO引力波探測器和日本的TAMA引力波探測器等。
之前沒有發現過嗎？
2014年3月，美國哈佛-史密森天體物理學中心的物理學家宣布首次探測到來自宇宙大爆炸的引力波。這一發現被視作21世紀的偉大發現，如果獲得證實幾乎可以肯定獲得下一個諾貝爾物理學獎。然而，時隔不久對這一發現的質疑和否認之聲便紛紛出現。研究人員對歐洲航天局「普朗克」號探測器和位於南極的BICEP2望遠鏡的數據進行整體分析后證實，並沒有結論性證據支持這一發現，物理學家將引力波與銀河系中可以產生類似效果的星際塵埃混為一談。



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位於華盛頓漢福德的激光干涉引力波觀測台內景（路透社）
（2016-02-15 12:21:05）

【延伸閱讀】印媒：印度擬建全球第三個引力波觀測台
參考消息網2月14日報道 印媒稱，印度將建立全球第三個激光干涉儀引力波觀測台（即LIGO-印度）以探測引力波，這一觀測台將與美國現有的兩個觀測台相仿。
據《印度斯坦時報》網站2月12日報道，馬哈拉施特拉邦和中央邦都進入了展開這一實驗的侯選邦名單。
報道稱，到2022年，印度將成為在理解愛因斯坦的廣義相對論方面發揮重要作用的國家之一。這些國家目前包括美國、義大利和日本。
儘管仍在等待內閣最終批准，莫迪總理在宣布這則消息后不久就在推特上發文說：「希望印度能夠憑藉一個先進的引力波觀測台做出更大的貢獻。」
印度政府將在15年的時間裡為這個觀測台項目提供126億盧比（約合12.16億人民幣元）的資助。計劃委員會已經明確了這一項目，原子能部以及科學和技術部也已經對該項目進行了研究。
報道稱，如果LIGO-印度真的付諸現實，印度將加入引力波探測器全球網路。在印度建設一個觀測台具有重要意義，因為這些觀測台之間的距離越遠，定位引力波的精確度就越高。
（2016-02-14 14:16:52）

【延伸閱讀】法媒探究引力波觀測台：全球最精密儀器



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位於華盛頓漢福德的激光干涉引力波觀測台內景（路透社）
參考消息網2月14日報道 法媒稱，令科學家們第一次得以窺見引力波「真容」的機器，是有史以來最先進的、用於探測宇宙中最輕微振動的探測儀。
據法新社2月11日報道，置於美國地下的這兩台探測儀，名為激光干涉儀引力波觀測台（LIGO）。其中一台位於華盛頓的漢福德，另一台位於約3000公裡外的路易斯安那州的利文斯頓。
報道稱，觀測台的建設工作始於1999年，並在2001年到2007年間開展了觀測工作。之後，這兩個觀測台經歷了一次重大升級，令其功能增強了10倍。
2015年9月，升級后的高級LIGO探測儀首次開始全面運轉。當月14日，路易斯安那州的探測儀首先捕捉到了一個來自13億年前南部天空的引力波信號。
報道稱，這種波是一種對於太空中的波動的測量方式，即拉伸時空結構的大規模質量體的運動所產生的影響——這是一種將時間和空間視為一個單一的、交織的連續統一體的方式。
7.1毫秒后，華盛頓的探測儀也捕捉到了相同的信號，這使得科學家們能夠證實這一發現真實不虛。
報道稱，這些超精密工具通過利用單個長約4千米的大型激光干涉儀工作。這些干涉儀都被埋在地下，令其能夠得出最精確的測量結果。
這種L型儀器根據激光物理學和空間物理學原理追蹤引力波。它們不像望遠鏡那樣依賴天空中的光線。它們感知太空中的振動，這種優勢令它們可以揭示黑洞的特性。
麻省理工學院的高級LIGO項目負責人戴維·休梅克說：「當一個引力波通過太空傳播的時候，它便會拉伸時空。」
報道稱，簡言之，引力波探測儀「就是一台將太空中的波動轉變為電子信號的大型儀器」。
（2016-02-14 14:06:14）