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引力波和科学革命的缓慢步伐

时间:2018-07-01 08:26:59 来源:TECH科技资讯网 评论:0 点击:0

多年来,人们不确定引力波是否是相对论的必要产物。

LIGO对引力波的探测几乎是在爱因斯坦制定了广义相对论之后的一个世纪,随后是一篇数学描述引力波可能性的随之而来的论文。或者至少这个故事是向公众展示的(包括你的真实故事)。在某些方面,它甚至是真的。
 
但是,相对论发展到人们接受引力波的可能性的现实很可能存在,而且可能比上述简单叙述复杂得多。在本周的《自然天文学》中,一组科学历史学家详细阐述了我们是如何从相对论的开端到LIGO的建立的。在这一过程中,历史学家们表明,关于科学革命的想法带来了突然的、激进的转变,有时可能会错失重点。
 
你的模式改变了吗?
 
科学革命的普遍概念(就其存在的程度而言)是由Thomas Kuhn塑造的。库恩描述了一个过程,数据逐渐把现有的理论推向危机,几乎每个人都看到它不起作用。经过一段时间的危机,一场革命发生了,一种新的理论出现了。该理论解决所有危机的能力很快就得到了支持,而在库恩的语言“范式驱动”的理论驱动下的一个新的时期——科学开始了。
 
在某种程度上,这与相对论的故事非常吻合。爱因斯坦的建议确实创造了弯曲时空的新范例,他们用牛顿引力解决了许多问题,并迅速地获得了实验支持和接受。不到一年过去了,爱因斯坦发表了一篇使用新范式产生引力波的论文。这篇论文是错误的,但几年后他发表了一个更正确的版本。一个世纪以后为发现的舞台革命完成了。
 
但是历史学家(Alexander Blum、Roberto Lalli和JürgEN ReN)希望在这一特定的范例上改变游行。他们这样做是着眼于爱因斯坦的广义相对论的后果。
 
值得注意的是,领先也不支持库恩式的革命模式。即使在问题出现后,人们在牛顿框架内愉快地工作,即使爱因斯坦提出了狭义相对论,也没有明确的危机时期。在某种程度上,广义相对论只是解决了爱因斯坦自己通过引入狭义相对论而产生的一个问题。
 
首先,引力波并没有从爱因斯坦的作品中清晰地显现出来。爱因斯坦似乎没有认真考虑他们的存在,直到卡尔·史瓦西提出的(RADIUS声誉)。他的第一篇论文包含了一个数学错误,而他的修正版只在波浪沿着圆柱传播时起作用。虽然这篇文章是爱因斯坦预言引力波存在的基础,但在一个简化的环境中,它显然是一个近似解。
 
这就是爱因斯坦离开的地方。他的注意力转向试图用电磁学来统一他的重力观。当时没有太多的社区来研究这个问题,因为量子力学正在获得牵引力,而一场世界大战扰乱了科学界,重新聚焦于应用物理学。根据历史学家的说法,在这一时期进行的相对论中的大部分工作都集中在将现有的、描述良好的物理系统从牛顿力学转化为相对论。对于确定相对论对宇宙提供的独特见解,远没有那么关注。
 
缺乏对相对论含义的深刻理解,也放大了像爱因斯坦的数学错误这样的问题。当数学产生了奇特的无意义的东西时,我们不清楚它告诉我们什么。这些数学抽象在现实中没有根据吗?另一种数学方法能产生合理的解决方案吗?或者相对论仅仅局限于它能成功描述什么?在缺乏对这一理论的有力理解的情况下,很难说哪一个是最有可能的。
 
因此,虽然引力波可以从正确的方程中弹出,但在确定它们是否一定必须存在时,没有太大的兴趣,更不用说我们如何检测它们。
 
突破
 
场是如何从这些低迷中解脱出来的?20世纪50年代,政府在战后的成功中看到了强大的政府对物理学的支持,这扩大了研究者的社区。此外,人们越来越清楚地认识到,引力效应需要了解我们不断膨胀的描述宇宙及其演化的数据体。
 
相对论共同体也关注科学的日益国际化,并组织了年会。