引力波番外篇

最近几天，科学界刚刚有了个大发现。这几天好多群都被引力波给刷屏了。大家都在讨论引力波啊，我也不能免俗，就给大家详细讲一讲怎么回事儿。也算凑个热闹吧。这算是前一系列《宇宙大爆炸》的番外篇。临时插进来的，原来要讲的《量子力学外传》往后顺延一期。我们下回讲。

我以前在《宇宙大爆炸》系列里面讲过引力波。那时候还没碰上这么大的新闻事件。因此我算是半集带过。其实前些年引力波的名气已经开始上涨了。已经有不少人开始讲引力波。那我提一下也是应该的。这些天出了比较轰动的新闻。那好吧。我就把来龙去脉讲的再透彻一点儿，算是个番外篇。

柱面引力波

这事儿还要从1933年纳粹上台讲起。爱因斯坦是犹太人啊，他直觉倒是很灵光。立刻脚底抹油，溜了。他先是去了英国，小住了一阵就去了大洋彼岸的美利坚。落脚就到了普林斯顿大学。到了美洲，他也没闲着，其实他岁数已经不小了。已经是年过半百了。五十来岁的年纪。他需要找一位助手来帮忙。他就选中了一个东欧来的小伙子叫罗森。爱因斯坦跟罗森合作，一共搞出了三篇东西。每一篇都很重要，那都是重量级的东西。要不说跟着老爱这位宗师，那就真长本事呢！

第一篇讲的是爱因斯坦罗森桥。也就是日后在科幻小说里面大红大紫的虫洞的前身。不过这个爱因斯坦罗森桥，貌似是堵死的，想过去是不可能的。第二篇就是我们今天要讲的主角引力波。第三篇就是在量子力学外传里面要详细讲述的epr佯谬。Epr是三个人名字首字母的组合，E是爱因斯坦，P是波多尔斯基，R就是这个罗森。这个EPR佯谬有个俗称，是薛定谔给起的，叫“量子纠缠”。这三篇文章哪个分量都不轻啊。你看宗师就是宗师。即便是学术高峰期过去以后，仍然有很大的贡献。

我们重点来讲讲第二篇引力波。要知道早年间，爱因斯坦还在鼓捣相对论的时候，就隐隐约约的感觉到会有引力波的存在。为啥呢？因为爱因斯坦认为，这个宇宙里面，没啥东西能超光速。那么引力呢？引力的传播要不要时间呢？在牛顿的体系里面，引力的传播是立刻到达，不需要传播时间的。但是爱因斯坦认为，那是不可能的，引力的传播必定需要时间。那么显然就会以波的形式向外扩散。

爱因斯坦的研究经费是普林斯顿大学出的。提供了一笔钱给他，让他研究统一场理论。还有电磁学方面的研究。当然啦，他也没放弃在引力波方面的研究。他助手罗森的合作期限快要到了。他对平面引力波也很有兴趣。两个人就开始研究平面引力波。按照爱因斯坦的想法，他们显示仿照电磁场的样子，开始构建引力场。电磁场的方程里面，就隐含了一个结论，那就是光子静质量为0。凡是静质量为0的粒子，必定是以光速来运行的。这部分的东西其实已经涉及量子场论的。也就是把相对论和量子力学结合起来。

那么引力场又如何呢？爱因斯坦还真就把引力场方程的样子，写的跟电磁场差不多了。他跟罗森两个人接着往下计算。结果就发现脑袋大的事儿出现了。那就是奇点。说白了他俩就碰上了物理学家们最怕看见的发散问题。然后爱因斯坦和罗森就麻爪了。这怎么办啊。其实呢，在物理学计算里面，是需要选取坐标系的。假如坐标系选取不合适的话，是会出现发散的情况。所谓发散，通俗点儿说就是被零除。我们举个例子来说明这一点。我们地球上有南北两极，在南北极点上，经线全部都扭到一起去了。那么南北两极，算哪个时区啊？没法算。哪个时区都不是。那么南北极点上时间不存在吗？显然不是啊，证实因为我们设计的经纬线坐标有BUG，在南北两极不好计算，才导致了这个问题。假如，我们换一个别的坐标系。不用经纬线，你搞成高尔夫球那样的坐标系。南北极点那就一点儿都不特殊。

在黑洞的计算里面，就出现过这样的问题。所谓黑洞表面，也就是视界事件上，也会出现发散的情况，但是通过坐标变换，就解决了这个问题。但是在史瓦西黑洞的中心，有个奇点，这个奇点是无论怎么坐标变换，都没法消除的。这种奇点，我们称为內凛奇点。也就是消不掉的奇点。

爱因斯坦当然懂这个道理啊。他跟罗森在计算引力波的时候，也碰上了这个问题。这个奇点到底是能消掉的呢？还是消不掉的呢？这个根本看不出来。你拍脑瓜也没用。天底下坐标系多了去了，你知道那个是管用的？所以呢，爱因斯坦和罗森发表的这篇论文的题目就是《引力波存在吗？》他俩认为，很可能引力波是不存在的。原本认为有戏，现在看来，够呛……

那么谁来给爱因斯坦指出问题所在。此人又是何方神圣呢？请收听本集引力波番外篇的音频节目！