正文节选自第24期《少年时·观测宇宙和推测宇宙》一书。未经小多少年时（ID：xiaoduoui）授权不得转载。
“我们‘听见’了宇宙的声音。我们将不仅‘看见’宇宙（通过电磁波），我们还将‘倾听’它。”——物理学家加布里埃拉 • 冈萨雷斯（Gabriela Gonzále z）
爱因斯坦错了？他亲口说曾犯了一个错误。
阿尔伯特 • 爱因斯坦是有史以来最伟大的物理学家之一。因为他的预测无法用20 世纪初有限的工具进行测试，这让他产生困扰。尽管存在疑问，但是，你还是看看 1974 年发生了什么吧。
1974 年，科学家发现了两个相互绕对方运动的高密度大质量恒星，它们被称为脉冲双星。它们的质量极大，爱因斯坦的广义相对论预测它们在相互靠近时，会发出具有能量的波，也就是引力波。
经过 8 年的精确测量，人们已经探测到它们以爱因斯坦广义相对论计算出的精确变化率在相互靠近。
因此，如果爱因斯坦的计算可以准确地解释变化率，那么它也能说明脉冲双星通过引力波甩掉的能量损失。这是一个合乎逻辑的结论。
可它没有得到真正的证明！
我们先从牛顿的思想开始谈起吧，因为爱因斯坦也是从这里开始的。牛顿是第一个思考为什么物体总是落向地面的人。
通过一个落地的苹果，牛顿开始思考一定有什么东西作用在这些物体上。当物体相互靠近时，彼此之间存在引力。
牛顿把这种引力想成一个所有有质量（质量是物体含有的物质的量）的物体的共同特性。一个物体的质量越大，它具有的引力就越大。最后，两个物体之间的引力差异决定彼此间的运动。
牛顿的万有引力理论帮助人们解释了很多事情，包括行星和恒星的运动。任何人都可以看到万有引力思想的实用性。
但是，引力让牛顿和那些试图理解它的人很困惑。引力是一种力吗？当物体相互靠近的时候，它们是如何发生作用的？
爱因斯坦清楚牛顿的惊人发现。同样，爱因斯坦想知道：为什么引力会是这样？
爱因斯坦在想象力方面非常有天赋，他具有对抽象和现实事物进行思考的能力。他开始这样思考一个问题——为什么物体总是落在地上？他经过观察、思考，然后产生很多直觉，再结合演绎逻辑，最后，就如他自己所说的：“初始的假说变得越来越抽象，离经验越来越远。另一方面它更接近一切科学的伟大目标……在理论能导出那些与经验吻合的结论之前，需要加以精心推敲。在这里，观察到的事实无疑是最高的裁决者。”
这听起来很奇怪，但是，这样的结果使他能把抽象的想法和现实中发生的事情联系起来。显然，广义相对论就是这么得出的。
接着，爱因斯坦开始思考牛顿的万有引力。他注意到的第一件事就是牛顿的力学定律不能解释所有的运动，其实牛顿自己也知道他的定律是有局限性的。
牛顿的定律适于现实中特定的情况，比如所有物体都以相同的速度和方向持续地做直线运动。显然，问题的关键在于打破限制，所以爱因斯坦对它进行了深入研究。
经过一系列的关于相对性原理、光速不变的理论突破，爱因斯坦开始专注于他的广义相对论。该理论集中在突破牛顿思想的限制。要做到这一点，需要满足两个条件：
1. 他的理论必须能够解释任何物体的任何运动；
2. 他的理论还必须是针对引力的。
爱因斯坦描述了他是怎么用想象力来发现“密匙”的。他想象桌子上放着一块磁铁和一根铁棒，铁棒离磁铁有一定距离。他认为，因为它们没有接触，所以磁铁不能直接影响铁棒。
但是，要是让铁棒向磁铁靠近，在某一点处，磁铁就开始吸引铁棒，虽然它们之间还有一段距离。所以磁铁一定投射出某种看不见的东西，而且这个看不见的东西直接作用在铁棒上。
爱因斯坦运用了科学家常用的工具——类比法。即如果科学家甲用 X 解释了他的发现，而你的问题和甲的发现看起来有点像，那么也许你也能用 X 来解决你的问题。
牛顿和爱因斯坦都看不到引力，看到的是不同物体彼此接近的行为。爱因斯坦明白，牛顿力学定律的限制来自牛顿认为引力是点对点的力。他同时认识到，他应该以不同的方式对引力的作用进行思考，他将这个看不到的引力与电磁学联系起来。科学家认为磁铁和铁棒之间那个看不见的力是力场。
因此，通过类比无形的力场，爱因斯坦把引力看成了引力场。（有趣的是，爱因斯坦人生中的第一篇论文就是关于磁场的。）
现在，爱因斯坦脑子里有了搭建广义相对论的“砖瓦”。
最后，爱因斯坦领悟到引力可以定义为时空的弯曲，于是他和数学家朋友一起，建立了广义相对论的数学模型。
幸运的爱因斯坦身为态度严谨的物理学家，爱因斯坦并不满足于简单地将思想理论化，他希望他的广义相对论得到验证。他发表了对广义相对论的想法，并邀请其他科学家帮助他检验理论的正确性。他选择水星的轨道作为广义相对论的研究对象。
在太阳系的八大行星中，水星是距离太阳最近的一颗行星。早在爱因斯坦头发花白之前（那时他还没有弄清楚广义相对论呢），就有天文学家观察到在太阳系的行星中水星的轨道是最独特的。
其实大家都知道行星在近日点是会进动的，也知道原因所在（如受其他行星的引力影响），但水星进动的问题在于，其进动速率与牛顿的理论不符。
相差的数值虽然微小，对天文学家来说却是不容忽视的。
爱因斯坦的广义相对论能对它做出解释吗？爱因斯坦知道，水星轨道之谜对他的广义相对论是一个艰巨的考验。利用广义相对论，爱因斯坦完整并准确地解释了水星的异常摆动。
这时的爱因斯坦，大脑里充满天才的灵光。爱因斯坦再次用到了类比法，他把引力比作光波，认为引力以光的速度远离作用点。他的计算还表明，波的能量在物体相互靠近时变强，在相互远离时变弱。
他的计算表明，少量引力能会在物体间的相互作用中“逃掉”，这种能量在爱因斯坦的方程中表现为衰变或者能量损失。
相互作用的物体的质量越大，引力能的损失就越大。
到了 1936 年，也就是他预言引力波的 20 年后，他进行了更细致的计算。然而，结果表明引力波是不存在的。
爱因斯坦错了吗？等等，这个故事还没完呢。他投到美国期刊《物理评论》（Physical Review）的关于引力波不存在的论文被退回来了，审稿人认为文章存在错误。
但是爱因斯坦对文章被退回感到气愤，他没有研究审稿意见，而是把文章原封不动地改投到另一个刊物上。
幸运的是，外出访问回来的同事罗伯森（H·P·Robertson）告诉了爱因斯坦文章的错误所在，并帮助解决了问题。
而罗伯森正是《物理评论》的审稿人。另一个说法是，爱因斯坦自己也发现了那个错误，并重写了论文。总之，无论是哪一种说法，引力波存在的这个说法都是正确的。
2015 年 9 月 14 日，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）检测到了引力波。在 14 亿光年之外，一个 36 太阳质量的黑洞和一个 29 太阳质量的黑洞并合为 62 太阳质量的黑洞，损失的 3 个太阳质量的能量以引力波的形式释放了出来。这束引力波传播了 14 亿年到达地球，被位于地球两个不同位置的引力波探测设备同时接收到了。
这个天文事件被命名为 GW150914，这是人类历史上第一次直接探测到引力波，完美地证明了爱因斯坦理论的正确性。
现在，你已经听完整个故事，那么是什么让他怀疑自己的工作呢？他为什么认为自己犯了错呢？
这其实很简单。爱因斯坦认为，预测的引力波在宇宙中应该以非常少的能量运动，但在 20 世纪初期到中期，没有工具能探测到如此微小的能量信号。
真的吗？这倒是个挺有意思的故事，就好像在观看一个天才工作。我很想看看那些方程式。
科学家这么比喻：引力波是爱因斯坦广义相对论的验证实验中最后一块缺失的“拼图”，前面的三块是：水星进动轨道推算、光的红移、天体的引力透镜效应。
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