我為什麼認為不存在“引力波”
黃志洵，北京
從20世紀初到現在，科學知識和經驗隨時間以指數率增長；但在有些領域中，研究工作卻停頓不前。尋找引力波（gravitation waves）和引力子（gravitons）的研究就是如此，幾年前一些歐美科學家還在抱怨說“這是不可能完成的任務”。然而在2月11日，美國科學基金會（NSF）宣布“已探測到引力波”，這一消息立刻被媒體傳送到四面八方。回憶在1887年H.Hertz以實驗證明Maxwell預言的電磁波存在，而自那時以來的130年中，這一發現給人類生活帶來了極大的影響。因此，如果真有引力波，而且被發現了，那當然是一件大事。中國的理論物理學家李淼認為，這個發現僅是人類探測引力波的開端，因為這只是多種可能波源之一，而且處在在銀河系外。對他的話我的理解為，引力波是否普遍存在（一如電磁波那樣）還是一個待研究的問題。
1915年11月，A.Einstein一連向普魯士科學院提交了4篇論文，由此建立了廣義相對論（GR），它與他在1905年提出的狹義相對論（SR）有很大不同。GR認為時空（spacetime）是一體化的，而物質分布決定其曲率。正像在電磁學中作為場源的電荷加速運動會輻射電磁波那樣，物質的加速運動也將輻射“引力波”，這種波是變化的時空曲率的傳播。1918年1月EinStein發表論文《論引力波》，認為引力波是橫波，以光速傳播。
最近幾年，我曾在一些文章中說“沒有GR所謂引力波這個東西”。為什麼會如此？我一貫反對某些科學家誘導政府領導人撥巨款上“大項目”，尤其反對跟在西方人後頭亦步亦趨；主張“建設具有中國特色的基礎科學”。而且，我旁證博引地說明，創新成果的有無和多少並不與金錢投入成正比，這種例子比比皆是。對於尋找暗能量、暗物質、引力波，過去和現在我都不支持。不久前中國發射了“暗物質探測衛星”，項目首席科學家卻說“沒有人能保證一定能找到暗物質”；對於上億美元的項目，說法如此隨便，令人反感。……不僅如此，據說某些以百億美元計的計劃已在進行（做準備工作）。發展基礎科學需要政府投入資金，這並不錯；但對納稅人的錢該怎麼花法？在中國和歐美國家，都是身為科學家的人們要慎重對待的。對中國人來講，要走自己的路，不能總是“用別人的昨天裝扮自己的明天”。
具體到“引力波”項目，我認為尤其不能甘當西方科學家的小學生。先從基礎理論上作分析；物理學的一些基本問題體現在對空間、時間、引力的看法上，由Newton建立的經典力學（CM）作了清楚的闡述。1905年Einstein提出的狹義相對論（SR）當中根本沒有對引力的思考，而在1908年Minkowski說“從今以後空間、時間都將消失，只有這二者的結合保持為獨立的實體”——他指的是space-time概念，譯作“時空”或“空時”。這概念立即體現在1916年問世的廣義相對論中，並發展為引力波理論——質量使時空彎曲，當物體加速時它沿着彎曲時空（curved space time ）與光速發出漣漪，即引力波；物體質量越大引力波越大。
然而查遍計量學書籍文獻，你也找不到一個獨立的稱為“時空”（或“空時”）的物理量。時間的量綱是s (秒)，空間的量綱是m³（m是米），故“時空”（“空時”）的量綱是sm³或m³s，這既不獨立又無自身固有的物理意義。計量學建築在“可測量性”的基礎上，而sm³（或m³s）不滿足這一要求。因而，“時空”（或“空時”）要表達什麼，是模糊不清的，故在科學上無意義（scientifically meaningless）。計量學文獻不作陳述是很自然地，Minkowski的上述說法站不住腳！時空一體化是整個理論體系的基礎，而這個“地基”令人懷疑。
其次，相對論力學的某些陳述讓我無法接受。首先，GR不認為引力是力，只運用幾何學的語言表示，不彎曲（平直）的時空條件下沒有引力，只有彎曲空才有引力存在。但在相對論力學中引力到底是什麼？並未做正面回答；在相對論力學中也找不到一個引力計算公式，這叫人怎麼能接受？！……我認為space time只是一種分析中採用的概念，而非物理實在。既如此，我當然不會認同GR所謂“引力波”。
再次，說“引力波以光速傳播”，似乎它也是電磁波譜上的一員——再沒有比這更荒唐的了！引力理論和電磁理論一直互相獨立地、平行地發展；可以借鑑電磁學的成就和方法論，但憑什麼把電磁波的速度（光速c）也拉過來安到引力波（假如存在）的頭上？！在基本粒子家族中，通常分為3大類——強子、輕子、傳播子；而傳播子中又包含：傳遞弱核力的中間Bose子、傳遞核強力的膠子、傳播電磁力的光子（photon）。按GR理論的說法，傳遞引力（其實GR中並無這種力）的是引力子（graviton）。然而，經過長期尋找也不見引力子的蹤影。……這僅是事情的一個方面；如GR所謂“引力波”（假定存在）的傳播速度是光速，那麼引力子將以光速飛行，幾乎等同於光子——這種論述牽強附會，是可笑的。其實，眾多研究者早已指出“引力傳播速度遠大於光速”（但不是無限大），這樣講法所指也不是GR所謂“引力波”。可以判定，引力波和引力子一樣，其存在性可疑，至少還需再作討論；不能依靠媒體宣傳強迫所有人接受。
最後，我們注意到美國激光干涉引力波天文台（LIGO）“發現引力波”的方式是“收到了一個信號”——兩台探測儀（相距3000km）都收到，但時差7.1ms。這不像是真正令人完全相信、十分放心的科學發現方式，因為你無法確認它真的是由“引力波”造成的。這個信號接收時間是2015年9月14日23時50分，信噪比高；但是它也可能來自別的原因——比如說，兩台檢測儀中間的微小地震等。大家都知道，科學家在搜集事實、讀取數據時容易把尚未判明的事件當作自己追尋的東西。至少可以肯定，目前的“發現”離當年（1887年）Hertz的電磁波實驗還有很大差距，有待查明它是事實還是一種跡象。
2016年2月15日
（本文作者為中國傳媒大學教授、博士生導師）
