本书以叙述历史的笔调回顾了物理学家研究、探索及至成功地捕捉到引力波的百年经历，注重其中的人物经历和细节过程，展示科学发现中所特有的喜怒哀乐、科学家的个体性格以及大科学协作中的矛盾冲突。在这个历史叙事的过程中，本书潜移默化地融入与相对论、引力波、精密物理测量等相关科学技术的基础知识以及美国政府、科学界针对科研项目的资金的审批和管理模式。
本书面向对科学知识、科学研究过程和历史演进感兴趣的读者。虽然书中内容涉及一些物理学前沿的概念、理论，但并不要求读者具备这方面的基础知识或理解能力，本书适合具有中学学历及以上的所有人。

前言
插图目录
第一章 爱因斯坦的先知、失误和荒唐
第二章 费曼的机灵和罗森的固执
第三章 命运多舛的先行者韦伯
第四章 聆听天籁之音的韦斯
第五章 好赌的索恩与铁幕后的布拉金斯基
第六章 “外星人”来电中的引力波
第七章 随心所欲的德瑞福
第八章 枪口下的强迫婚姻
第九章 较真的加文和专断的沃格特
第十章 惊心动魄的外争内斗
第十一章 起死回生的接盘侠巴里什
第十二章 柱面引力波与激光干涉仪
第十三章 挑战前所未有的灵敏度
第十四章 超越国界的大协作
第十五章 新世纪的新一代
第十六章 南极上空的乌龙
第十七章 终识引力波真面目
第十八章 引力波带来的宇宙声光大秀
第十九章 天罗地网捕捉引力波
参考文献
注释
索引
彩图

2016年2月11日，人类探测到引力波的消息一经发布
便在全世界引起很大的反响，掀起一场不大不小的“物理
热”。相应地，美国的新闻媒体和出版社相继推出一系列
报道和书籍，深度揭示这一发现的历史过程。他们并不局
限于相关科学知识的普及，而是更注重于挖掘科学突破背
后的人物、社会背景、政策抉择以及各种不为大众所知的
过程和细节。正是在跟风阅读这些资料时，作者才意识到
在这个轰动新闻的背后，隐藏着一个曲折动人的故事。
因为这样的内容和着眼点在中文世界中还不是很常见
，作者从2018年年初开始在中国科学报社主办的科学网博
客网站以连载的形式介绍这个历史过程。这一系列文章主
要取材于已有的英文书籍，以作者根据其中线索进一步搜
集、整理的内容作为补充，试图以中文读者更为习惯的方
式讲述这一故事。
该系列在科学网博客连载期间由“中国物理学会期刊
网”的微信公众号同步转载。在中文社交媒体上得到一定
数量的读者跟踪阅读和支持。其后，在科学出版社钱俊编
辑的大力协助下，得以汇编成此书出版。
除了少量的后期文字修改，本书基本保持了博客网络
版的原貌。因为版权的原因，网络版的一些插图未能包括
在书内，甚为遗憾。作为纸质出版物，本书附加了大量的
注释，明确书中内容出处，希望能为有心的读者提供进一
步探究的线索。注释中提供的参考书页码均根据相应的英
文版本。类似地，书中所用的一些专用名词、名称等也以
脚注的方式提供了相应的英文原名，尽管原文可能来自其
他语言（某些特定名称除外）。
程鹗
2018年10月

每一个电磁波谱的打开，都会为我们带来前所未有的发现。天文学家们同样期望引力波也是如此。
本书基本保持了博客网络版的原貌。
作者从2018年年初开始在中国科学报社主办的科学网博客网站以连载的形式介绍这个历史过程。这一系列文章以作者根据其中线索进一步搜集、整理的内容作为补充，试图以中文读者更为习惯的方式讲述这一故事。

爱因斯坦的先知、失误和荒唐
当牛顿坐在树下被掉下来的苹果砸了脑袋时，他突然领悟到苹果之所以掉下来，是因为地球对苹果有吸引力，这个“重力”促使苹果加速落到地面。
这多半只是一个美丽的传说。但牛顿的确发现了“万有引力”——任何两个物体之间都存在着吸引力。将引力与牛顿同时发明的动力学三定律结合，不仅可以解释地球上苹果等物体的下落，还能准确地描述月球绕地球、行星绕太阳的公转，甚至预测、发现过去不知道的海王星、冥王星。这是17世纪物理学的顶峰。
万有引力定律很简单：两个物体之间的引力大小与它们的质量成正比，与它们之间的距离平方成反比。牛顿没有去深入探究一下，如果两个物体相距非常远，它们如何知道彼此的质量和距离？如果一个物体的质量变了或者挪近了一点，另一个物体怎么就会知道自己受到的引力应该不一样了？对于牛顿来说，这是不言而喻、理所当然的。
直到20世纪初，爱因斯坦觉得这很不可思议。传说他在阿尔卑斯山中开会，与一些大物理学家登山时曾对居里夫人抱怨：你看我们从山下走到山上，地球的质量分布有了变化。如果月球上、火星上有智慧生物的话，他们通过测量地球引力的变化，马上就能知道有人上了山。这个信息的传递超过了光速，违反了相对论。
相对论是爱因斯坦在1905年建立的。当时他26岁，在瑞士专利局里打着一份小工。相对论惊世骇俗，指出日常生活中习以为常的空间、时间是“相对”的，因人的所在而异：一个人看到一辆高速开过的火车中的距离会缩短（“尺缩”）、时间会变慢（“钟慢”）。而更有意思的是这个现象是反之亦然的：火车里的人也会觉得站台上的尺子缩短了，钟变慢了。他们都没有错，只是时间间隔和空间距离在不同的参照系中不具有一致性，是相对的。唯一例外的是光传播的速度：光速在所有的参照系中都是一样的、绝对的。而且，其他任何有实际意义的速度都不能超过光速。
这样一来，牛顿那不需要时间传播的引力便违反了相对论。因此，虽然相对论已经革命性地颠覆传统物理学的概念，爱因斯坦明白那还只是初步的结果，是所谓的“狭义相对论”。
为了解决这个问题，爱因斯坦又花了整十年的时间，在1915年发表了“广义相对论”。这时，空间和时间不仅仅是相对的，而且不平坦、会弯曲。苹果之所以掉下来，月球之所以绕地球转，是因为地球附近的时空因为地球的质量而弯曲了。还不仅仅是苹果、月球，就连光也会因为空间的弯曲而不走直线。
爱因斯坦用这新理论推算了水星公转轨道近日点的进动，成功地解决了观测结果与牛顿力学不符合的难题。1919年，英国天文学家爱丁顿木通过对日全食时恒星位置的测量证实了光线的确因为太阳的质量而弯曲，符合广义相对论的“空间弯曲”预测。这个结果轰动一时。爱因斯坦一下子成为超越科学界的社会大明星。然而，当爱因斯坦和居里夫人从山下走到山上时，地球上这个变化的信息是如何通过弯曲时空传递到月球和火星的，却依然不明朗。
经典物理学在19世纪的一个伟大成就是麦克斯韦在1865年以一组方程式统一了电和磁两种作用力，同时改变了人类的世界观：看不见摸不着的电磁场是一种物质存在；电磁场随时间的变化形成电磁波，可以在空间传播并传输信息和能量。我们日常熟悉的光，就是电磁波。所有的电磁波在真空中具备同样的速度，也就是光速。
牛顿的万有引力定律与库仑木发现的两个电荷之间作用力的库仑定律在数学形式上完全一致：力都是与距离平方成反比，与物理性质——分别为质量和电荷——成正比。因此，当麦克斯韦揭示出电荷之间的作用是以电磁场、电磁波的形式传播时，人们自然而然地会联想，万有引力是不是也会以一种类似的引力场、引力波传递？即使在相对论问世之前，包括著名科学家庞加莱在内的很多人已经做过这方面的推断和研究。
在广义相对论中，引力场是质量附近弯曲的时空。那么，质量的变化或运动势必会引起弯曲程度的变化，于是这随时间而起伏的弯曲变动便如同水面上荡漾的涟漪，不就是可以传递爱因斯坦登山信息的引力波吗？
只是直觉的图像不能代替严谨的逻辑。自从确立了广义相对论的场方程之后，爱因斯坦和他的同行们便孜孜不倦地试图从中寻找、推导出引力波的数学形式。却遇到未曾意料的困难。
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