80年前,PRL為何拒絕了愛因斯坦的引力波預測?

2021-01-10 中國青年網

  註:本文由知社學術圈編輯整理中國科學院理論物理研究所劉寄星文章。

  人類首次探測到引力波的新聞,最近引爆微信朋友圈。不管是物理學家,還是文藝青年,想必都會被一波又一波的刷屏所震撼,不知道造就了多少十萬加、百萬加的微信熱文。

  當你打開這篇文章的時候,幾乎所有的人都已經知道,愛因斯坦100年前所預測的微弱得可以忽略不計的引力波,如今已經被後人所探測。全民狂熱所散發出的強烈引力波,他老人家在另一重宇宙,想必也可以收到。稍微認真一點的讀者,也許會注意到,這個劃時代的偉大工作,昨天發表在美國物理學會(American Physical Soceity, APS)出版的Physical Review Letters (PRL),不是Science,不是Nature,也不是人們所希望的科學通報 (英文版),是影響因子只有7.5的PRL。

  不過,大多數的讀者不會知道,PRL的前身,也就是APS所出版的Physical Review,曾經將愛因斯坦引力波預測的論文,拒稿!

  PRL究竟憑什麼?

  這是一段拍案驚奇的塵封往事,八卦卻又富有啟示,對作者、編輯、評審乃至期刊皆是如此,更顯現科學探索的曲折和艱辛,科研工作者的掙扎和驚喜,即使你大名鼎鼎如愛因斯坦。

  匿名審稿人怎麼刁難愛因斯坦?愛因斯坦怎麼向編輯發飆?編輯怎麼應付這個大權威?稿子的最終命運如何?當我們從引力波狂歡之中逐漸冷靜下來的時候,我們想帶你走進這段鮮為人知的歷史,把玩科學神秘的魅力,直面走下神壇、充滿人性的愛因斯坦。

  愛因斯坦被激怒了

  讓我們走進時間機器,乘著引力波,回到80年前。1936年6月1日, 美國物理學會Physical Review 編輯部收到愛因斯坦和他的助手羅森 (Nathan Rosen) 的一篇來稿。此前,他和這個羅森,已經在Physical Review發表過一篇論文,提出了愛因斯坦-羅森橋的概念,也就是如今廣為人知的可以穿越時空的蟲洞。

  編輯部的記錄如今還在,就是下面這個表格,第二行就是愛因斯坦和羅森的投稿記錄:

  這篇文稿的題目是什麼呢?「Do Gravitational Waves Exist?」對的,你沒有看錯,在他預測引力波20年之後,愛因斯坦又寫了這篇論文,引力波存在嗎?

  Physical Review將稿件送審。即使愛因斯坦的稿件,也要送審。審愛因斯坦的稿件,該是什麼樣的神人,會有什麼樣的感受?上面的圖表顯示,這個神秘的審稿人7月17日將審稿意見返回,滿滿十頁的評論,認為稿件有嚴重問題,必須大修 :

  7月23日, 編輯部負責稿件審理的明尼蘇達大學Tate教授致函愛因斯坦:我謹將您和羅森博士投遞本刊的稿件隨同審稿意見一併寄回,希望能看到您回應審稿人的評論和批評:

  「[I] would be glad to have [your] reaction to the various comments and criticisms the referee has made.」

  Tate這封回信其實相當客氣,不過愛因斯坦顯然還是被激怒了。 他7月27日很不客氣地回了一封德文信:我和羅森將稿件寄給你們發表,並未授權你在文章刊出之前拿給專家看。我也沒有必要回答你那位匿名專家的錯誤評論,寧肯在別處發表這篇論文:

(愛因斯坦給Tate教授的回信)

  這顯然是史上最牛的作者回應,沒有之一,直接把編輯給拒了。

  收到愛因斯坦的來信,Tate教授7月30日給這位生氣的巨人回信:我對您將在別處發表論文表示遺憾。我以為您熟悉美國物理學會的出版規則,所有投稿Physical Review的文章都必須接受編委會的審查:

  「I could not accept for publicationin THE PHYSICAL REVIEW a paper which the author was unwilling I should show to our Editorial Board before publication.」

  愛因斯坦此前在Physical Review已經發表過3篇論文,包括和羅森那篇著名的蟲洞文章。但這一衝突之後,他和Physical Review從此一刀兩斷,再也沒給Physical Review寫過文章。科學巨人的脾氣,看起來有時候還不小!

  想知道Physical Review為什麼拒稿這篇文章麼? 引力波存在嗎? 不存在!這是愛因斯坦這篇文章的結論!

  文章改頭換面發表了

  那麼,這篇文章又是什麼命運呢?改投其他期刊唄。在這一點上,愛因斯坦和咱們今天這些攢論文的學者,也沒有什麼區別。他轉手就將論文投給了 the Journal of the Franklin Institute,並很快原文接受,不需修改,愛因斯坦嘛,還不是指哪打哪。

  可是,那引力波到底存在不存在呢?

  就此,愛因斯坦的新助手英費爾德 (Leopold Infeld) 有一個很生動的回憶。當時愛因斯坦在普林斯頓,已經安排好要做一個講座,就是報告他這個引力波不存在的新發現。可是就在報告的前一天,他突然發現自己犯了錯誤,一時卻又沒有找到解法。大家可以想像他的窘境。在報告結束的時候,他說:

  「If you ask me whether there are gravitational waves or not, I must answer that I do not know. But it is a highly interesting problem.」

  哐當,簡直是巨人走下神壇啊! 這不是咱報告中遇到回答不了的問題的標準答案麼?

  這麼說愛因斯坦發表了一篇錯誤的文章?讓我們看看最終發表在1937年1月的論文:

咦,題目已經改成了「論引力波」。結論呢?讓我們看摘要:

  「After encountering relationships which cast doubt on the existence of rigorous solutions for undulatory gravitational fields... It turns out the rigorous solution exist...」

  也就是說,經過懷疑之後,引力波還是存在的!此外,文章還加了一段愛因斯坦的注釋:因羅森前往俄國,本文的第二部分由我作了大的改動。我們先前錯誤地解釋了所得公式的結果。在此感謝我的同事羅伯遜教授 (Howard Robertson) 在澄清原來錯誤上給予的協助。

(普林斯頓大學羅伯遜教授)

  原來,1936年11月13日,愛因斯坦急匆匆地給 the Journal of the Franklin Institute 編輯寫信,解釋說因為錯誤,文章需要根本性的修改!我們今天看到的,是愛因斯坦改頭換面之後的正確文章。巨人也有犯錯的時候!

  故事是這樣的。羅森去蘇聯後,英費爾德成為愛因斯坦的新助手,而他和普林斯頓的羅伯遜教授是好朋友。羅伯遜告訴英費爾德他根本不相信愛因斯坦和羅森的結果,並給英費爾德詳細指出了其中的錯誤和解決方案。英費爾德回去進一步說服了愛因斯坦,使他認識到原先的結論是錯的,事實上他的理論的確指向引力波的存在。於是愛因斯坦在文章校樣上做出重大修改。好險啊!

  愛因斯坦沒有意識到的是,這些錯誤和相應的解法,在Physical Review那10頁的評審報告裡面都可以找到。愛因斯坦和咱也一樣,根本就不看拒稿報告!

  審稿人居然是他?

  事實證明,愛因斯坦向Physical Review投的那篇文稿確實是錯誤的。多虧了一位堅持原則的Tate教授,面對一位生氣的大權威,毅然拒稿,沒有把愛因斯坦錯誤的論文登出來,保持了刊物的尊嚴和愛因斯坦的榮譽。也要感謝那位匿名審稿人的嚴肅認真,用十頁篇幅的詳細報告,指出了文章的錯誤。那麼,誰是這位可敬的審稿人呢?

  Physical Review匿名審稿,他的名字69年來一直不為人所知,靜靜地埋沒在APS如山的故紙堆中。直到2005年,Physical Review編輯部把上世紀30年代到40年代的原稿從地下室搬出來,重見天日,人們才翻出了當年的稿件登記簿。在登記愛因斯坦那篇來稿的審稿人一欄中,我們看到了一個手寫的熟悉的名字:Howard P. Robertson。愛因斯坦曾輕蔑地認為其評審意見不值一顧的人,原來就是羅伯遜!

結語

  讓我們再乘著引力波,穿越蟲洞,回到今世。這段拍案驚奇的塵封往事,告訴了我們什麼呢?相信每個人都有自己的答案,從中吸取點應有的養分,筆者在此不做說教。

  不過,愛因斯坦極少像面對Physical Review拒稿這樣,讓他的自尊和驕傲影響自己的科學工作。英費爾德和愛因斯坦合作寫書的時候,曾和愛因斯坦說:我得非常小心謹慎,因為我的名字將印在上面。

  愛因斯坦哈哈大笑:我也寫過錯誤的文章。

  「You don’t need to be so careful about this. There are incorrect papers under my name too.」

讓我們用發表在PRL上的引力波探測論文,向愛因斯坦致敬!

  與大夥共勉。

  【參考文獻】

  [1]. 劉寄星. 愛因斯坦和同行審稿制度的一次衝突, 《物理》, 2005, 34(07): 487-490.[2]. Physics Today 58(9), 43(2005); doi: 10.1063/1.2117822

  註:本文是知社以「愛因斯坦被《物理評論》拒稿的塵封往事」為題,轉發最初發表於《物理》2005年第7期,中國科學院理論物理研究所劉寄星老師所撰寫的「愛因斯坦和同行審稿制度的一次衝突」一文,並做了少許改動,增加了一些背景資料,文章可看這裡:愛因斯坦被《物理評論》拒稿的塵封往事

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