欲往從之梁父艱——讀《捕捉引力波背後的故事》

|作者：李輕舟(《大學科普》編輯部)

為了慶祝在中國物理學會期刊網連載的“捕捉引力波背後的故事”集結成書，在科學出版社正式出版，我們將贈予讀者5本此書。

獲得贈書方式：留言點讚前5名的讀者可獲贈《捕捉引力波背後的故事》一本，截止時間是7月29日早8點，10點會公布獲獎者名單。期待您的參與！

所思兮在太山，欲往從之梁父艱，側身東望涕沾翰。美人贈我金錯刀，何以報之英瓊瑤。路遠莫致倚逍遙，何為懷憂心煩勞。

—— 張衡《四愁詩·其一》

韋斯、索恩、巴裡什（從右到左）榮獲2017年諾貝爾物理學獎

蒙科學出版社錢俊先生惠賜程鶚博士新作《捕捉引力波背後的故事》，囑我撰文評介。我與作者素昧平生，今承展卷受教之誼，不揣冒昧，略陳固陋。

班固在《漢書·司馬遷傳》的讚評中說：“然自劉向、揚雄博極群書，皆稱遷有良史之材，服其善序事理，辨而不華，質而不俚，其文直，其事核，不虛美，不隱惡，故謂之實錄”。然而，事非經過，難序內中關節條理；身陷其間，難為執正持平之論。“實錄”二字看似容易，實則是要求史家開啟“上帝視角”，通貫時間，俯瞰眾生——如果沒把自己修煉成“拉普拉斯妖”，這就是個mission impossible。即便是mission impossible，也攔不住凡人著史的熱情，他們索性各挾“傲慢與偏見”自成一統，史筆之下，別立乾坤。

古典的物理學史（包括自然哲學史）敘事者，自不例外，多少應有馬赫（Ernst Mach）、勞厄（Max von Laue）、薛定諤（Erwin Schrödinger）那樣在歷史維度上（也在邏輯維度上）重構知識體系的雄心。隨著古典主義（或者說古典審美）的退隱，尤其是兩次世界大戰（以及隨之而來的冷戰）以來，“猛虎獨行”逐漸讓位於“群狼分食”，“大兵團作戰”和“軍備競賽”漸成燎原之勢，物理學的世界反而日趨原子化，荒江野老屋中二三素心人旨在營造體系的宏大敘事成了明日黃花，或許在彭羅斯（Roger Penrose）那裡尚有幾分余韻。

以引力波探測進程為主線的《捕捉引力波背後的故事》固然可以歸到物理學史名下。但與古典的物理學史敘事截然不同的是，本書的敘事結構屬於科學社會學（sociology of science，以科學為研究對象的社會學）——典型的例子是巴裡什（Barry Barish）何以問鼎諾獎（有興趣的讀者可以參考美國超導超級對撞機項目的興廢），這在古典的物理學史敘事模式中幾乎不可理解——作為“背後的故事”，其側重既不在引力波探測的物理原理（廣義相對論、引力物理、天體物理等），也不在工程實現的技術細節（雷射干涉儀、數值相對論等），而是物理學共同體在現實社會（甚至可以說是世俗社會）中的科學活動——頗有太史公之“紀傳體”遺風——也就是作者在前言中所謂“並不局限於相關科學知識的普及，而是更注重挖掘科學突破背後的人物、社會背景、政策抉擇以及各種不為大眾所知的過程和細節”。簡而言之，即引力波探測進程中的那些人和那些事。此中有列國爭衡，有部門博弈，有人事紛擾，有名利糾纏，有說不盡的“欲往從之梁父艱”，恰如書中引述韋斯（Rainer Weiss）和索恩（Kip Thorne）不約而同的感歎“真正的奇跡不是我們終於找到了引力波，而在於我們當初居然沒把這事徹底搞砸”——當今意義上的“科學無坦途”，此之謂也。

德克薩斯州地下廢棄的為超級對撞機挖掘的巨型地道

1970年代的索恩在黑板上講解引力場

值得一提的是，作為一部通俗或普及作品，本書在涉及某些物理原理或技術細節時，難免會用一點兒譬喻性（直觀圖像）的闡釋（在以普及物理知識為主的書中更為常見），而這類譬喻，縱然是來自愛因斯坦（Albert Einstein）本人，離開了必要的數學表達，也不過是不問究竟的“方便法門”，必然會掩蓋些許知識細節，易使未經系統學習的閱聽人望文生義，不得要領，有的甚至會干擾某些讀者將來的系統學習。這本是數理科學類通俗或普及作品的“原罪”，幸而作者在正文後的注釋中為有志成為“探險家”的讀者留有大量重要文獻，堪為渡人梯航。此外，單就“講故事”而論，作者行文曉暢，主次分明，百年曲折，循序展開，即使讀者無意加入到“人類心智早已開始的最偉大之冒險”（費曼語），亦能作個“觀光客”收獲良好的閱讀體驗。

荷蘭布爾哈夫科學博物館（Museum Boerhaave）東牆上紀念廣義相對論的圖像。上面是恆星光線因為太陽質量而彎曲的示意圖，下面是廣義相對論場方程（引自《捕捉引力波背後的故事》）

當然，直到今天，許多引力波探測的相關材料還未脫離“新聞”的範疇，大量工作仍處於正在進行時，道阻且長。現在就下歷史結論，為時尚早，亦無必要——“風物長宜放眼量”，真正引領“探險家”不畏“梁父之艱”者，不是結論，而是前方閃耀的問題。

附：

末了，謹補綴幾處，與方家共參詳。

1. 費曼的“粘珠論”（p15）：1957年，費曼（Richard Feynman）在北卡大學教堂山分校會議（即GR1）上以sticky bead argument論證引力波具有能量。此處的sticky bead，許多中文文獻譯為“粘珠”（有的甚至譯為“粘性水珠”）。誠然，sticky確有“粘性”之意，但結合該思想實驗的物理情境，sticky bead似應理解為“棍上的算盤珠”——費曼在巴西講學期間（1949~1952）曾同一個推銷算盤的日本人比賽速算（事見Surely You're Joking, Mr. Feynman: Adventures of a Curious Character. W. W. Norton & Company, 1985.）。

2. “整個恆星便會在重力壓迫下急劇塌縮”（p45，後文亦有多處出現“塌縮”）：collapse，天體物理中的規範用詞應是“坍縮”。另，在此處相關的中文語境裡，“重力”一般指隨天體自轉（與天體表面相對靜止）的物體所受引力之豎直分量（另一分量為垂直指向自轉軸的向心力），在文中所述恆星坍縮的情境中，應用“引力”，而非“重力”。

3. “European Organization for Nuclear Research，簡稱CERN”（p61腳注）：CERN源自歐洲核子研究中心前身歐洲核子研究委員會的法文全稱Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire。

4. 加文（p67）：1957年，加文（Richard Garwin）曾與萊德曼（Leon Lederman）共同完成了一個驗證弱相互作用下宇稱不守恆（楊振寧和李政道於1956年提出的設想）的實驗。

5. “那是1950 年代，勞倫斯正在伯克利發明他的粒子回旋加速器”（p84）：勞倫斯（Ernest Lawrence）發明並改進回旋加速器是在20世紀20年代末到30年代初。

6. “不僅引力與電磁力相比本身就顯得微弱”（p91）：用兩個質子來做比較，則庫倫力與引力之比的數量級為1036；用兩個電子來做比較，則比值的數量級達到1042。

7. “地球的周長大約 4 萬千米”（p93）：應明確為“地球大圓的周長大約4萬千米”。

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