102年前的预言在2017年才得到证实。爱因斯坦是怎么知道的?

2017诺贝尔物理学奖授予三位在引力波探测方面做出突出贡献的科学家。这三位科学家是雷纳·韦斯、巴里·巴瑞斯和吉普·索恩。它们都来自美国的激光干涉引力波天文台(LIGO)。今年的诺贝尔奖与其说是颁给这三位科学家,不如说是颁给爱因斯坦一百年前的预言。

1905年,爱因斯坦发表了五篇划时代的论文,影响了物理学的进步。至此,爱因斯坦一鸣惊人,后人也将1905称为爱因斯坦的奇迹年。其中有两篇论文的知名度很高。一个建立了相对论,也就是我们常说的狭义相对论,一个为旧的量子论奠定了基础,也就是光电效应。其实爱因斯坦最亮的光是相对论。但是命运真的是在捉弄人。爱因斯坦没有因为相对论获得诺贝尔奖,却因为光电效应获得诺贝尔奖,这也让爱因斯坦很困惑。

1905年,爱因斯坦发表了他的狭义相对论。他很快发现,狭义相对论无法完美解释引力,只适用于惯性系。

1915年,爱因斯坦完成了广义相对论,并于次年正式发表。广义相对论解释了引力的本质,并预言了引力波的存在。

但是,广义相对论还有一个非常重要的预言无法验证,那就是引力波。为什么引力波直到最近几年才被观测到?因为来地球的引力波太小,我没注意就过去了!2015人类观测到的第一个引力波,来自于十几亿年前质量分别是太阳29倍和36倍的双黑洞的扰动。其实引力波这个名字并不完美,因为引力只是广义相对论中时空弯曲的表现形式,引力波的本质只是空间的涨落。就像水波一样,在平静的水面上插一根木棍,搅动一下,还是会产生涟漪。探测引力波的任务,是精密仪器发展到一定程度才能完成的。即使上世纪的科学家有心寻找引力波,也没有力气去做。

我们知道,上个世纪物理学最伟大的两个成就是相对论和量子力学,这两个理论现在是现代物理学的两大基石。量子力学的研究人员获得过无数诺贝尔奖,而相对论的研究人员从未获得过任何诺贝尔奖,包括爱因斯坦本人。这不是说相对论不重要,而是说它太先进了!