如果說愛因斯坦是引力波理論的先驅(qū)，那么韋伯就是引力波探測(cè)的先驅(qū)。正如愛因斯坦會(huì)犯錯(cuò)誤一樣，韋伯在引力波探索史上也有一段曲折的故事。

盧昌海

約瑟夫·韋伯（Joseph Weber）生于1919年，早年是學(xué)工程的。他不僅在探索引力波的歷史上有過曲折，就連人生經(jīng)歷也充滿了驚險(xiǎn)，二戰(zhàn)期間曾一度在航母上服役，先是躲過了日本對(duì)珍珠港的突襲，而后又在慘烈的珊瑚海海戰(zhàn)中幸存（他所服役的航母在遭重創(chuàng)后自沉）。戰(zhàn)后的韋伯開始研究物理，并于20世紀(jì)60年代開始建造一系列所謂的“韋伯棒”，用來探測(cè)引力波，成為最早將引力波探測(cè)付諸實(shí)施的物理學(xué)家。

“韋伯棒”

“韋伯棒”之所以能探測(cè)引力波，是因?yàn)橐Σ梢砸l(fā)它的振動(dòng)，若頻率合適的話，還可引發(fā)共振，通過對(duì)共振信號(hào)的監(jiān)測(cè)，“韋伯棒”原則上就具備了發(fā)現(xiàn)引力波的潛力。當(dāng)然，實(shí)際的情形要復(fù)雜得多，“韋伯棒”探測(cè)到的也可能只是噪音。為了消除噪音，韋伯與他的合作者們做了長達(dá)數(shù)年的努力，并且采用了通過兩個(gè)遠(yuǎn)距離分隔的“韋伯棒”來探測(cè)引力波的做法（因?yàn)樵胍舨惶赡軐?duì)兩個(gè)遠(yuǎn)距離分隔的“韋伯棒”產(chǎn)生同步的影響，引力波則可以，因此通過探測(cè)同步信號(hào)，韋伯可以將噪音甄別出來）。

雖然物理學(xué)家們普遍不看好引力波探測(cè)（因?yàn)橐Σǚ浅Ｎ⑷酰?，但韋伯的嘗試在當(dāng)時(shí)幾乎是唯一認(rèn)真付諸行動(dòng)的引力波探測(cè)，因而還是引起了一些興趣，并且也得到了一些起碼是口頭上的支持。比如1963年，美國物理學(xué)家戴森就曾表示對(duì)韋伯的探測(cè)值得給予持續(xù)關(guān)注。據(jù)說在整個(gè)20世紀(jì)60年代，廣義相對(duì)論會(huì)議上的一句常用的問候就是：韋伯探測(cè)到引力波了嗎？

韋伯探測(cè)到引力波了嗎？從1967年到1970年，韋伯在著名期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上接連發(fā)表五篇論文，宣布了探測(cè)結(jié)果。

韋伯的第一篇論文發(fā)表于1967年3月27日，標(biāo)題為“引力輻射”。這篇論文發(fā)布了10組疑似引力波造成的信號(hào)，每組都標(biāo)明了信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間，跨度從1965年9月21日到1967年2月17日。10組信號(hào)中，較早的7組是由單個(gè)“韋伯棒”探測(cè)到，較晚的3組則是由相距三公里左右的兩個(gè)“韋伯棒”共同探測(cè)到的同步信號(hào)。很明顯，在這10組信號(hào)中，由單個(gè)“韋伯棒”探測(cè)到的7組其實(shí)沒什么價(jià)值，因?yàn)闆]法甄別噪音；值得關(guān)注的只有由兩個(gè)“韋伯棒”共同探測(cè)到的那3組同步信號(hào)。

在發(fā)表這篇論文時(shí)，韋伯的態(tài)度還相當(dāng)謹(jǐn)慎，他表示，那幾組信號(hào)若真是引力波造成的，則強(qiáng)度似乎太大，大到了應(yīng)當(dāng)伴隨有其他天體物理效應(yīng)——比如超新星爆發(fā)——的程度。由于并未有人觀測(cè)到與他的信號(hào)相伴隨的其他天體物理效應(yīng)，那些信號(hào)“源自引力輻射顯得很不可能”。假如源自引力輻射“顯得很不可能”，那信號(hào)會(huì)來自何方呢？韋伯猜測(cè)是地震。1967年11月，在給同事的一封信中，韋伯坦率地表示，“韋伯棒”的抗干擾能力雖然不錯(cuò)，卻遠(yuǎn)非完善，他并且將信號(hào)源自引力波的概率估計(jì)為1/50。這個(gè)估計(jì)雖無實(shí)質(zhì)的定量依據(jù)，卻顯示出謹(jǐn)慎的態(tài)度。

“很好的證據(jù)”

不過，這種謹(jǐn)慎的態(tài)度在后續(xù)論文中越來越少，直至消失。

韋伯的第二篇論文發(fā)表于一年多之后的1968年6月3日，標(biāo)題為“引力波探測(cè)器事件”。這篇論文發(fā)布了為期兩個(gè)月的時(shí)間跨度內(nèi)探測(cè)到的4組新信號(hào)，全都是由兩個(gè)相距兩公里的“韋伯棒”探測(cè)到的同步信號(hào)。在這篇論文中，韋伯對(duì)同步信號(hào)純屬碰巧的概率作了估計(jì)。這種估計(jì)從道理上講是很有必要的，因?yàn)槟呐略趦山M完全隨機(jī)的信號(hào)中，也會(huì)純屬碰巧地出現(xiàn)一些同步信號(hào)——尤其是在“同步”本身界定得比較粗糙的情形下。韋伯以同步信號(hào)每隔多少時(shí)間才會(huì)純屬碰巧地出現(xiàn)一次作為衡量其概率的指標(biāo)。針對(duì)那4組信號(hào)，他給出的結(jié)果分別為150天、300天、40年和8,000年。

假如韋伯的估計(jì)無誤，那么很明顯，每隔40年和8,000年才能純屬碰巧地出現(xiàn)一次的信號(hào)——尤其后者——是相當(dāng)稀罕的，稀罕到了不太可能“純屬碰巧”的程度。因此雖然探測(cè)精度并無實(shí)質(zhì)改進(jìn)，韋伯的信心卻因?yàn)檫@種估計(jì)而顯著增加了，在論文的結(jié)論部分表示：“極低的隨機(jī)巧合概率使我們能排除純粹的統(tǒng)計(jì)起源”，“起碼稀罕的信號(hào)有可能是引力輻射所激發(fā)的”。這個(gè)口氣雖依然帶有謹(jǐn)慎色彩（因?yàn)檎劦闹皇恰坝锌赡堋保?，比起將信?hào)源自引力波的概率估計(jì)為1/50來，明顯是加強(qiáng)了。

又隔了一年多，1969年6月16日，韋伯發(fā)表了第三篇論文，標(biāo)題為“引力輻射的發(fā)現(xiàn)證據(jù)”。這篇論文單從標(biāo)題上看，口氣就比前兩篇加強(qiáng)了許多，因?yàn)榍皟善臉?biāo)題——“引力輻射”和“引力波探測(cè)器事件”——都未對(duì)結(jié)果定性，而“引力輻射的發(fā)現(xiàn)證據(jù)”這一新標(biāo)題卻首次將探測(cè)結(jié)果定性為了“引力輻射的發(fā)現(xiàn)”。

從技術(shù)層面講，雖然“韋伯棒”還是原先的水準(zhǔn)，但兩個(gè)“韋伯棒”之間的距離由兩三公里擴(kuò)大到了1,000公里，從而起碼從道理上講，對(duì)較大范圍的干擾也具有了甄別能力。與第二篇論文相類似，韋伯對(duì)這篇論文所涉及的同步信號(hào)純屬碰巧的概率也作了估計(jì)，結(jié)果從數(shù)百天到7,000萬年不等，這其中7,000萬年才能碰巧一次的信號(hào)簡直就只能來自引力波了。因此韋伯用不再含糊的口氣作出了結(jié)論：“這是很好的證據(jù)，證明引力波已被發(fā)現(xiàn)了?！?/p>

新方法

1970年，韋伯再接再厲，又發(fā)表了第四和第五篇論文。

其中在第四篇論文中，韋伯改變了發(fā)布結(jié)果的方法，不再提供信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間。讀者們也許還記得，在第一篇論文中，韋伯曾因?yàn)椤安⑽从腥擞^測(cè)到與他的信號(hào)相伴隨的其他天體物理效應(yīng)”，而得出了那些信號(hào)“源自引力輻射顯得很不可能”的結(jié)論。如今，隨著信心的屢次增加，他不僅不再談?wù)摗霸醋砸椛滹@得很不可能”那樣的喪氣話，甚至不再提供信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間了，這在一定程度上意味著他已不再關(guān)注“與他的信號(hào)相伴隨的其他天體物理效應(yīng)”，或者說不再寄望于用“其他天體物理效應(yīng)”來印證自己的信號(hào)了。

那么，韋伯發(fā)布結(jié)果的新方法是什么呢？是改為了只提供給定時(shí)段內(nèi)純屬碰巧的信號(hào)數(shù)目與實(shí)際信號(hào)數(shù)目的比較。在這兩個(gè)數(shù)目中，前者可通過概率手段估計(jì)出，后者則是實(shí)際探測(cè)到的同步信號(hào)數(shù)目。這兩個(gè)數(shù)目倘若相近，則說明探測(cè)到的同步信號(hào)大都是純屬碰巧。不過韋伯發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，后者比前者大一個(gè)數(shù)量級(jí)左右，因而并非純屬碰巧。

韋伯發(fā)布結(jié)果的這種新方法是很籠統(tǒng)的，但也并非毫無目的的籠統(tǒng)，因?yàn)檫@種新方法便于表述一類新的探測(cè)結(jié)果。在那類探測(cè)中，韋伯將其中一個(gè)“韋伯棒”的記錄時(shí)間延后了兩秒。這類新觀測(cè)的意義在于：對(duì)于純屬碰巧的信號(hào)來說，因?yàn)楸揪褪请S機(jī)的，延后與否都純屬碰巧，從而信號(hào)數(shù)目不會(huì)有顯著變化；但引力波造成的信號(hào)乃是必然同步的，延后兩秒就會(huì)不復(fù)存在，從而信號(hào)數(shù)目會(huì)顯著減少。因此，延后兩秒是否會(huì)導(dǎo)致實(shí)際探測(cè)到的同步信號(hào)數(shù)目顯著減少可視為判斷信號(hào)來源的輔助手段，若顯著減少，則說明信號(hào)是引力波造成的。

那么探測(cè)的結(jié)果如何呢？韋伯在論文中宣布，通過對(duì)為期20天的延后兩秒的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，他發(fā)現(xiàn)信號(hào)數(shù)目顯著減少了，于是可以得出結(jié)論：這類觀測(cè)“支持了早先得出的引力輻射已被觀測(cè)到的宣稱”。

以上四篇論文無論在口氣還是實(shí)驗(yàn)手法上都顯示出一種層層遞進(jìn)的雄辯性，這種雄辯性吸引了很多人的關(guān)注。就連研究領(lǐng)域相當(dāng)理論化的霍金也一度被韋伯所吸引，不僅于1970年撰文討論了引力波的探測(cè)，并且將韋伯探測(cè)到引力波視為了已確立的事實(shí)。在引力波探測(cè)的后續(xù)征程中將起到重要作用的美國物理學(xué)家索恩則在1972年發(fā)表的綜述中表示：“我們認(rèn)為韋伯的引力波實(shí)驗(yàn)證據(jù)相當(dāng)有說服力”。而一些原先認(rèn)為引力波太過微弱，引力波探測(cè)太過渺茫的實(shí)驗(yàn)組則轉(zhuǎn)變了看法，開始認(rèn)真跟進(jìn)。那些實(shí)驗(yàn)組的跟進(jìn)可視為韋伯的影響力快速擴(kuò)展的標(biāo)志。

低級(jí)錯(cuò)誤

然而不無戲劇性乃至悲劇性的是，韋伯影響力的擴(kuò)展雖快速，墜落的速度卻也毫不遜色，因?yàn)樗牡谖迤撐摹彩?970年發(fā)表的第二篇論文——就成為了自己“滑鐵盧”的一部分。

這“滑鐵盧”其實(shí)早在1969年就開始了。1969年7月，在以色列舉辦的一次學(xué)術(shù)會(huì)議上，韋伯作了個(gè)報(bào)告，在報(bào)告中他出示了一批數(shù)據(jù)，顯示被他認(rèn)定為來自引力波的信號(hào)呈現(xiàn)出24小時(shí)的周期性。韋伯表示，這種周期性意味著引力波來自天空中的一個(gè)固定方向。相對(duì)于“韋伯棒”來說，每當(dāng)?shù)厍虻淖赞D(zhuǎn)使那個(gè)固定方向接近天頂時(shí)，信號(hào)就會(huì)變強(qiáng)，由于地球每24小時(shí)自轉(zhuǎn)一圈，因此信號(hào)呈現(xiàn)出24小時(shí)的周期性。至于那個(gè)固定方向究竟指向何方，韋伯的猜測(cè)是指向銀河系的中心——這是銀河系范圍之內(nèi)引力場最強(qiáng)，從而最有可能頻繁產(chǎn)生引力波的區(qū)域。韋伯的這一報(bào)告首次涉及了引力波的來襲方向，可算是將引力波探測(cè)推向了一個(gè)新的層面。

可惜這項(xiàng)研究犯了一個(gè)巨大的錯(cuò)誤。

幾乎立刻就有物理學(xué)家指出，對(duì)引力波來說地球是完全透明的，因此假如引力波來自一個(gè)固定方向，則這個(gè)方向在天頂附近跟在地球背面的天頂附近，對(duì)“韋伯棒”的影響應(yīng)該是完全相同的。這意味著來自引力波的信號(hào)應(yīng)呈現(xiàn)出12小時(shí)而非24小時(shí)的周期性。

這一錯(cuò)誤讓韋伯陷入了巨大的尷尬。

之所以尷尬，不僅因?yàn)檫@一錯(cuò)誤對(duì)引力波的研究者來說這是非常低級(jí)的錯(cuò)誤，更是因?yàn)轫f伯居然能拿出數(shù)據(jù)來支持這樣的低級(jí)錯(cuò)誤，這幾乎無可避免地使人們懷疑韋伯是通過選擇性地?cái)[弄數(shù)據(jù)而炮制出自己預(yù)期的結(jié)果的。一些物理學(xué)家后來表示，他們對(duì)韋伯的懷疑正是始于這一錯(cuò)誤。

這一錯(cuò)誤被指出之后，韋伯在上面提到的發(fā)表于1970年的第五篇論文，以及發(fā)表于1971年的上述會(huì)議發(fā)言的書面文稿中都作了訂正。訂正的方式是宣稱自己粗心了，數(shù)據(jù)所支持的其實(shí)是12小時(shí)的周期。也許真的只是粗心，但懷疑既已萌生，就不是這種宣稱所能撲滅的了。這種宣稱反倒更顯得韋伯的數(shù)據(jù)是任人打扮的小姑娘，一些物理學(xué)家從此懷疑韋伯有能力炮制出自己所需的任何結(jié)果。

“零結(jié)果”

對(duì)韋伯的另一類懷疑來自他宣稱探測(cè)到的引力波的強(qiáng)度。據(jù)韋伯自己估計(jì)，假如他所探測(cè)到的引力波來自銀河系的中心，則要想產(chǎn)生他所探測(cè)到的信號(hào)，銀河系的中心每年因引力波造成的質(zhì)量損失將高達(dá)1,000個(gè)太陽質(zhì)量。

但英國物理學(xué)家里斯在1972年的一項(xiàng)研究中提出，銀河系中心只要每年損失超過70個(gè)太陽質(zhì)量，因引力束縛的減少而導(dǎo)致的銀河系的膨脹將會(huì)被觀測(cè)到。由于我們并未觀測(cè)到銀河系的膨脹，這表明來自銀河系中心的引力波沒有韋伯估計(jì)的那么強(qiáng)，從而也就不可能如此頻繁地被韋伯探測(cè)到。

不僅如此，倘若銀河系中心每年因引力波造成的質(zhì)量損失果真高達(dá)1,000個(gè)太陽質(zhì)量，則別說是銀河系的中心，就連整個(gè)銀河系都撐不了幾億年就會(huì)耗盡質(zhì)量，這跟銀河系已有近百億年高齡的事實(shí)是完全沖突的。

而對(duì)韋伯最系統(tǒng)的打擊，則是來自那些一度可視為韋伯影響力快速擴(kuò)展的標(biāo)志的實(shí)驗(yàn)組。因?yàn)橛许f伯的開路在先，那些“站在韋伯肩上”的實(shí)驗(yàn)組以極快的速度建起了多個(gè)“韋伯棒”，而且在精度上不僅毫不遜色，甚至猶有過之。僅僅一兩年之間，那些實(shí)驗(yàn)組就陸續(xù)出了初步結(jié)果，然而卻全都是“零結(jié)果”，沒有一個(gè)能驗(yàn)證韋伯的“發(fā)現(xiàn)”。

1972年，在美國得克薩斯州舉辦的一次相對(duì)論天體物理會(huì)議上，多個(gè)實(shí)驗(yàn)組報(bào)告了自己的“零結(jié)果”。雖然由于探測(cè)時(shí)間較短，那些“零結(jié)果”尚不能一錘定音，但足以加深物理學(xué)家們對(duì)韋伯的懷疑，并且足以顯示出像韋伯那樣頻繁地觀測(cè)到引力波信號(hào)是極不可能的。

在接下來的幾年里，那些實(shí)驗(yàn)組繼續(xù)沿著韋伯開辟的道路前進(jìn)，積累著數(shù)據(jù)，卻始終未能發(fā)現(xiàn)任何能讓韋伯高興的結(jié)果——也就是未能發(fā)現(xiàn)任何經(jīng)得起復(fù)核的信號(hào)。在那些實(shí)驗(yàn)組所用的“韋伯棒”中，有的連共振頻率都跟韋伯的相同，從而使韋伯甚至無法以引力波只在他所探測(cè)的頻率上才存在這種小概率假設(shè)為借口來辯解。

一落千丈

在接下來的幾年里，隨著“零結(jié)果”的持續(xù)積累，韋伯遭到了越來越猛烈而系統(tǒng)的批評(píng)。那些批評(píng)所針對(duì)的已不僅僅是無法重復(fù)韋伯的觀測(cè)，而且還切實(shí)指向了韋伯所犯的具體錯(cuò)誤，比如韋伯用來確定同步信號(hào)的計(jì)算機(jī)程序被發(fā)現(xiàn)存在錯(cuò)誤，比如韋伯對(duì)數(shù)據(jù)的處理被發(fā)現(xiàn)存在不自洽的地方，有些批評(píng)者甚至毫不客氣地將矛頭指向了韋伯的誠信，指責(zé)他對(duì)數(shù)據(jù)的處理不誠實(shí)。焦頭爛額的韋伯對(duì)其中最嚴(yán)重的“不誠實(shí)”指控作出了否認(rèn)，然而糟糕的是，否認(rèn)過程中牽扯出的信息反倒證實(shí)了他確實(shí)對(duì)數(shù)據(jù)采用過不自洽的處理，目的是找出盡可能多的同步信號(hào)。

而最慘不忍睹的則是，韋伯曾報(bào)告過一批他的數(shù)據(jù)跟另一個(gè)實(shí)驗(yàn)組的數(shù)據(jù)之間的同步信號(hào)，這原本可作為強(qiáng)有力的證據(jù)，顯示韋伯的數(shù)據(jù)具有能與其他實(shí)驗(yàn)組相互比對(duì)的客觀性，結(jié)果卻被發(fā)現(xiàn)雙方所用的時(shí)鐘根本不在同一時(shí)區(qū)——韋伯用的是美國東部時(shí)間，另一個(gè)實(shí)驗(yàn)組卻是用的格林威治時(shí)間。彼此相差好幾個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)被韋伯當(dāng)成同一時(shí)區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，居然還搞出了一大批同步信號(hào)！這個(gè)形同丑聞的錯(cuò)誤對(duì)韋伯的信譽(yù)造成了毀滅性打擊，同時(shí)也說明了他處理數(shù)據(jù)的方法哪怕是誠實(shí)的，也不過是誠實(shí)的錯(cuò)誤，具備無中生有的能力。

韋伯曇花一現(xiàn)的聲望就此墜下深淵。

若干篇論文，若干次會(huì)議，若干個(gè)報(bào)告，細(xì)節(jié)越來越多，口氣越來越肯定，卻如沙灘壘塔般在越壘越高之后，最終垮塌下來。在一個(gè)半開玩笑的意味上，我們或許可將《六祖壇經(jīng)》中那則風(fēng)動(dòng)，幡動(dòng)，還是心動(dòng)的小故事套到韋伯探測(cè)引力波的故事上來——當(dāng)然寓意不盡相同：“風(fēng)動(dòng)”是引力波的作用，“幡動(dòng)”是“韋伯棒”的振動(dòng)，“心動(dòng)”則是韋伯對(duì)探測(cè)引力波的巨大心理期望。風(fēng)動(dòng)，幡動(dòng)，還是心動(dòng)？對(duì)韋伯的探測(cè)來說，可基本確定為“心動(dòng)”。從“韋伯棒”所記錄的信號(hào)圖線看，也確實(shí)像是純粹的噪音，只有“心動(dòng)”的人才能從中看到“風(fēng)動(dòng)”導(dǎo)致的“幡動(dòng)”。

癡心不改

雖然遭到學(xué)術(shù)界的否定，但韋伯本人卻癡心不改，終其一生都堅(jiān)信自己探測(cè)到了引力波。在韋伯的辦公室里，到處堆著書架和文件柜，只有一條窄窄的過道通往辦公桌，辦公桌上方的墻上則貼著一幅愛因斯坦的相片。直到退休之后，韋伯依然不時(shí)地前往實(shí)驗(yàn)室查看結(jié)果。對(duì)于其他實(shí)驗(yàn)組無法重復(fù)他的觀測(cè)，韋伯先是將之歸因于那些實(shí)驗(yàn)組的技術(shù)有問題，后來又以“陰謀論”的手法將之歸咎為美國激光干涉引力波天文臺(tái)想要壟斷引力波探測(cè)，從而不允許“韋伯棒”出結(jié)果。這種近乎偏執(zhí)的態(tài)度是不太光彩的，也是韋伯故事里最具悲劇性的色彩。一些同事認(rèn)為，假如韋伯不是如此頑固地堅(jiān)信自己，他在這一領(lǐng)域所能得到的敬意將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過他實(shí)際得到的，他的頑固和偏執(zhí)使他不必要地被邊緣化了。

在結(jié)束本文的時(shí)候，有幾點(diǎn)是應(yīng)該替韋伯美言一下的：第一，他雖終其一生都堅(jiān)信自己探測(cè)到了引力波，甚至堅(jiān)信到偏執(zhí)的程度，但他公開允許同行們到他的實(shí)驗(yàn)室來檢查數(shù)據(jù)和設(shè)備，在這點(diǎn)上他是謹(jǐn)守學(xué)術(shù)規(guī)范的。第二，他的頑固并未使他失去幽默感。韋伯的第一任妻子1971年去世之后，他與美國天文學(xué)家特林布爾結(jié)婚。數(shù)十年后，在與人談起此事時(shí)他微笑著表示：剛結(jié)婚時(shí)他比妻子有名，現(xiàn)在兩人對(duì)換了。第三，韋伯雖然失敗了，甚至在某些方面失敗得不太光彩——起碼不太瀟灑，但他作為引力波探測(cè)的先驅(qū)人物將被科學(xué)史所銘記。事實(shí)上，他的“韋伯棒”如今已被包括美國激光干涉引力波天文臺(tái)在內(nèi)的若干機(jī)構(gòu)所收藏。