爱因斯坦对引力波的一些看法

1918年爱因斯坦发表了一篇题为《引力波》[1]的论文。这篇论文表达了爱因斯坦对引力波特性的一些主要看法。这些看法是：

1），一个物理体系包含物质场和引力场，物质场具有能动张量密度

T^a_(M)b，引力场具有能膺动张量密度t^a_(G)b。该物理体系的总能动张

量密度守恒，亦即（T^a_(M)b+t^a_(G)b）对x^a 的偏导数恒等于0，也

就是说

（T^a_(M)b+t^a_(G)b）对x^a求偏导 = 0     （1）

a,b = 0,1,2,3。

2），认为引力场也是物质，其单位体积的质量t⁰_(G)0恒大于0或等于0。

3），若一引力波波源集中于某空间一体积之内，则此空间该体积之内的物质场和引力场的总能量的减少率在一定条件下可视为等于该引力波穿过包围其波源的闭合曲面的能流。

后来，爱因斯坦的这些看法成为物理学的主流看法，是研究引力波理论和实验的基础。例如，有不少物理和天文学家曾经认为，PSR1913+16双星公转周期变化的观察数据间接验证了引力波的存在，其根据就是爱因斯坦的上述看法。在文献[2]中，我们认为PSR1913+16双星公转周期变化的观察数据没有间接验证引力波的存在，并对此作了一些解释。

在爱因斯坦对引力波的特性提出上述三条主要看法的同时，

著名的物理学家Lorentz与Levi-Civita不同意爱因斯坦的看法，

他俩对物质场及引力场的能动张量密度提出了另一看法。他俩认为：

物质场具有能动张量密度T^a_(M)b，引力场具有能动张量密度T^a_(G)b，

则该物理体系总的能动张量密度（T^a_(M)b+T^a_(G)b）对x^a 的

偏导数恒等于0，即

（T^a_(M)b+T^a_(G)b）对x^a求偏导 = 0     （2）

并且

       T^a_(M)b+T^a_(G)b = 0       (3)                  

1917-1918年以爱因斯坦为一方，Lorentz与Levi-Civita为另一方，对守恒关系式（2,3）与关系式（1）孰更正确展开了一场大讨论[3].由于当时物理学对引力场的能动张量密度还了解得不全不深，以及继续讨论得不够，使得1917-1918年的那场争论，不仅爱因斯坦获得了胜利，而且在至今长达100年的时间之内，爱因斯坦的上述观点和看法一直是物理理论中的主流。值得注意的是：虽然爱因斯坦反对守恒关系式（2,3）（我们把这个守恒关系称为Lorentz与Levi-Civita守恒定律），但他也承认对把式（2,3）命名为守恒关系，“不可能提出逻辑上的反对意见。”

当前，由于引力波的测定，在科学网上又出现了对引力波看法的

的一些疑问和争论。这些疑问和争论在实质上是1917-1918年关于引

力场的能动张量密度大讨论的继续，因为它们必然要涉及到能动张量

密度的计算。

我们暂且不去讨论守恒关系式（2,3）与关系式（1）孰更正确的

问题。本博认为，先把1917年-2017年100年来对引力波特性主要争

论的来龙去脉搞清楚，这也是很重要的。鉴于100年来，引力波的实

验装置已有很大的进展，而对引力波的理论研究，仍停留在100年前

的水平；故引力波的理论研究应迎头赶上，实是当务之急。

References

[1] 范岱年，赵中立，许良英编译.爱因斯坦文集，第2卷，北京:商务印书馆，1979,367-383.

[2] 陈方培.自然杂志，1997,19（4），243.

[3] Cattani C, De Maria M. Conservation Laws and Gravitational Waves in General Relativity. // Earman J, Janssen M, Norton J D. The Attraction of Gravitation, Boston: Birkhauser, 1993.

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