我为什么认为不存在“引力波”
黄志洵，北京
从20世纪初到现在，科学知识和经验随时间以指数率增长；但在有些领域中，研究工作却停顿不前。寻找引力波（gravitation waves）和引力子（gravitons）的研究就是如此，几年前一些欧美科学家还在抱怨说“这是不可能完成的任务”。然而在2月11日，美国科学基金会（NSF）宣布“已探测到引力波”，这一消息立刻被媒体传送到四面八方。回忆在1887年H.Hertz以实验证明Maxwell预言的电磁波存在，而自那时以来的130年中，这一发现给人类生活带来了极大的影响。因此，如果真有引力波，而且被发现了，那当然是一件大事。中国的理论物理学家李淼认为，这个发现仅是人类探测引力波的开端，因为这只是多种可能波源之一，而且处在在银河系外。对他的话我的理解为，引力波是否普遍存在（一如电磁波那样）还是一个待研究的问题。
1915年11月，A.Einstein一连向普鲁士科学院提交了4篇论文，由此建立了广义相对论（GR），它与他在1905年提出的狹义相对论（SR）有很大不同。GR认为时空（spacetime）是一体化的，而物质分布决定其曲率。正像在电磁学中作为场源的电荷加速运动会辐射电磁波那样，物质的加速运动也将辐射“引力波”，这种波是变化的时空曲率的传播。1918年1月EinStein发表论文《论引力波》，认为引力波是横波，以光速传播。
最近几年，我曾在一些文章中说“没有GR所谓引力波这个东西”。为什么会如此？我一贯反对某些科学家诱导政府领导人拨巨款上“大项目”，尤其反对跟在西方人后头亦步亦趋；主张“建设具有中国特色的基础科学”。而且，我旁证博引地说明，创新成果的有无和多少并不与金钱投入成正比，这种例子比比皆是。对于寻找暗能量、暗物质、引力波，过去和现在我都不支持。不久前中国发射了“暗物质探测卫星”，项目首席科学家却说“没有人能保证一定能找到暗物质”；对于上亿美元的项目，说法如此随便，令人反感。……不仅如此，据说某些以百亿美元计的计划已在进行（做准备工作）。发展基础科学需要政府投入资金，这并不错；但对纳税人的钱该怎么花法？在中国和欧美国家，都是身为科学家的人们要慎重对待的。对中国人来讲，要走自己的路，不能总是“用别人的昨天装扮自己的明天”。
具体到“引力波”项目，我认为尤其不能甘当西方科学家的小学生。先从基础理论上作分析；物理学的一些基本问题体现在对空间、时间、引力的看法上，由Newton建立的经典力学（CM）作了清楚的阐述。1905年Einstein提出的狭义相对论（SR）当中根本没有对引力的思考，而在1908年Minkowski说“从今以后空间、时间都将消失，只有这二者的结合保持为独立的实体”——他指的是space-time概念，译作“时空”或“空时”。这概念立即体现在1916年问世的广义相对论中，并发展为引力波理论——质量使时空弯曲，当物体加速时它沿着弯曲时空（curved space time ）与光速发出涟漪，即引力波；物体质量越大引力波越大。
然而查遍计量学书籍文献，你也找不到一个独立的称为“时空”（或“空时”）的物理量。时间的量纲是s (秒)，空间的量纲是m³（m是米），故“时空”（“空时”）的量纲是sm³或m³s，这既不独立又无自身固有的物理意义。计量学建筑在“可测量性”的基础上，而sm³（或m³s）不满足这一要求。因而，“时空”（或“空时”）要表达什么，是模糊不清的，故在科学上无意义（scientifically meaningless）。计量学文献不作陈述是很自然地，Minkowski的上述说法站不住脚！时空一体化是整个理论体系的基础，而这个“地基”令人怀疑。
其次，相对论力学的某些陈述让我无法接受。首先，GR不认为引力是力，只运用几何学的语言表示，不弯曲（平直）的时空条件下没有引力，只有弯曲空才有引力存在。但在相对论力学中引力到底是什么？并未做正面回答；在相对论力学中也找不到一个引力计算公式，这叫人怎么能接受？！……我认为space time只是一种分析中采用的概念，而非物理实在。既如此，我当然不会认同GR所谓“引力波”。
再次，说“引力波以光速传播”，似乎它也是电磁波谱上的一员——再没有比这更荒唐的了！引力理论和电磁理论一直互相独立地、平行地发展；可以借鉴电磁学的成就和方法论，但凭什么把电磁波的速度（光速c）也拉过来安到引力波（假如存在）的头上？！在基本粒子家族中，通常分为3大类——强子、轻子、传播子；而传播子中又包含：传递弱核力的中间Bose子、传递核强力的胶子、传播电磁力的光子（photon）。按GR理论的说法，传递引力（其实GR中并无这种力）的是引力子（graviton）。然而，经过长期寻找也不见引力子的踪影。……这仅是事情的一个方面；如GR所谓“引力波”（假定存在）的传播速度是光速，那么引力子将以光速飞行，几乎等同于光子——这种论述牵强附会，是可笑的。其实，众多研究者早已指出“引力传播速度远大于光速”（但不是无限大），这样讲法所指也不是GR所谓“引力波”。可以判定，引力波和引力子一样，其存在性可疑，至少还需再作讨论；不能依靠媒体宣传强迫所有人接受。
最后，我们注意到美国激光干涉引力波天文台（LIGO）“发现引力波”的方式是“收到了一个信号”——两台探测仪（相距3000km）都收到，但时差7.1ms。这不像是真正令人完全相信、十分放心的科学发现方式，因为你无法确认它真的是由“引力波”造成的。这个信号接收时间是2015年9月14日23时50分，信噪比高；但是它也可能来自别的原因——比如说，两台检测仪中间的微小地震等。大家都知道，科学家在搜集事实、读取数据时容易把尚未判明的事件当作自己追寻的东西。至少可以肯定，目前的“发现”离当年（1887年）Hertz的电磁波实验还有很大差距，有待查明它是事实还是一种迹象。
2016年2月15日
（本文作者为中国传媒大学教授、博士生导师）
