LIGO研究團(tuán)隊(duì)背后的故事

珍妮弗·韋萊+晨飛

激光干涉儀引力波天文臺(tái)（LIGO）宣布首次直接檢測(cè)到了引力波，讓科學(xué)家這50年來(lái)頂著質(zhì)疑和壓力的辛苦工作得

到了最好的回報(bào)。天體物理學(xué)家揚(yáng)娜·萊文在她的新作《黑洞布魯斯以及外太空的其他曲目》中，為我們提供了了解這一切的最佳角度。

問(wèn)：LIGO研究團(tuán)隊(duì)最近才宣布他們發(fā)現(xiàn)了引力波，因此您的專著出版的時(shí)間簡(jiǎn)直無(wú)懈可擊。

萊文：這本書其實(shí)比原計(jì)劃晚了3年。本來(lái)2013年就應(yīng)該出版的。幾年前我開始寫一本關(guān)于黑洞的書，我對(duì)這個(gè)領(lǐng)域了如指掌。如果您半夜把我叫醒，我腦袋里想的也都是這些事情。但寫作進(jìn)行得并不是很順利，因?yàn)槲冶贿^(guò)分地卷入了LIGO的故事里。這就像是我手頭上有一只可怕的怪獸。這本書一部分是說(shuō)明性的，一部分則是敘事，而我縮減了很多敘事成分，因?yàn)槟抢锼鶎懙亩际俏业呐笥?。我不想寫我的這些朋友?；铡に鞫魇俏曳浅３缇吹囊粋€(gè)人，在科學(xué)上他對(duì)我

非常關(guān)照，哪怕是在我年輕得還沒(méi)有資格贏得尊重的時(shí)候也是如此。所以把他當(dāng)作一個(gè)外界個(gè)體來(lái)寫這種感覺(jué)就太奇怪

了，這成了我特別難于克服的一個(gè)心理障礙。我的編輯對(duì)我說(shuō)：“您為什么要埋沒(méi)這么好的故事呢？”因?yàn)橄胱珜懸槐就耆煌臅?，我?jīng)歷了很長(zhǎng)一段時(shí)間的煎熬。一旦克服了這個(gè)心理障礙，寫作就進(jìn)行得非?？?。

LIGO檢測(cè)到引力波的那一天，也就是2015年9月14日，我給麻省理工學(xué)院的雷納·維斯和加州理工學(xué)院物理學(xué)教授基普各送了一份打印稿。雷納問(wèn)道：“如果真的會(huì)有重大發(fā)現(xiàn)呢？你會(huì)重寫整本書嗎？或許您應(yīng)該再等一等?！钡?jì)劃一直只是再寫一篇后記。對(duì)于書本身我沒(méi)有改動(dòng)一丁點(diǎn)兒。如果你知道結(jié)局，你不能裝作不知道。書中有多處涉及他們的焦慮，有關(guān)LIGO到底會(huì)不會(huì)成功，投入了這么多時(shí)間卻仍然無(wú)法知道是很快會(huì)有發(fā)現(xiàn)還是要再等個(gè)10年什么的。雷納在8月份還對(duì)我說(shuō)：“如果我們聽不到來(lái)自黑洞的信號(hào)，這個(gè)項(xiàng)目也就失敗了?！笨墒牵绻抑懒苏嫦?，這本書就不會(huì)有如此的戲劇性。

問(wèn)：您是什么時(shí)候得知LIGO的檢測(cè)結(jié)果的？

萊文：他們是在2015年12月份的時(shí)候告訴我的。我是他們唯一正式通知的人，這實(shí)在是一份殊榮。他們知道我在寫

這本書，并且想讓我給這本書寫一個(gè)合適的結(jié)尾。這是一條私人信息。我看見(jiàn)的第一行字是：“來(lái)自LIGO的保密通信?！蔽耶?dāng)時(shí)從椅子上跳了起來(lái)。我知道我將要讀到的內(nèi)容會(huì)改變一切，但我還不能告訴其他任何人！對(duì)于別人的發(fā)現(xiàn)，這種感覺(jué)總是更加奇妙，因?yàn)槲易约簺](méi)什么心理負(fù)擔(dān)。

問(wèn)：LIGO的發(fā)現(xiàn)對(duì)您作為一名理論物理學(xué)家的工作有什么影響？

萊文：首先，這次的黑洞比我們預(yù)期的要大很多，而且很多人沒(méi)有想到我們會(huì)首先檢測(cè)到黑洞。所以我們這些理論

物理學(xué)家就開始忙著解釋為什么LIGO會(huì)首先檢測(cè)到黑洞，為什么它們會(huì)這么大。其次，這次事件有一個(gè)可能的電磁配對(duì)體。

你知道根據(jù)聲音想找到你的手機(jī)是一件多困難的事情吧？但如果你能看到它，你就很明確地知道它在哪里。望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)是非常緊湊的，但是引力波檢測(cè)器又處在完全不同的方位。所以LIGO給負(fù)責(zé)管理這些望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)家送了一張地圖：“我們要檢測(cè)的東西應(yīng)該是在這個(gè)方位?！?然后望遠(yuǎn)鏡就在地圖劃定的范圍里用自己的最佳能力尋找信號(hào)。這些眾多的儀器當(dāng)中產(chǎn)生了又一個(gè)不同的聲音：在觀測(cè)到事件的同一區(qū)域內(nèi)看到了閃爍的伽馬射線。因此我們又忙著解釋為什么兩個(gè)黑洞相撞可能會(huì)產(chǎn)生光線。它們應(yīng)當(dāng)是黑的——這是關(guān)鍵。關(guān)于這項(xiàng)工作一共發(fā)表了12篇論文，沒(méi)有一篇是我的。其他人總是比我快一步。我想做點(diǎn)計(jì)算，然后放一放，想一想。我可能明年會(huì)寫一篇文章。

問(wèn)：您的書中最令人心碎的故事是關(guān)于約瑟夫·韋伯的。這位在20世紀(jì)五六十年代使用“韋伯柵”探測(cè)引力波的物理學(xué)家聲稱在1969年成功探測(cè)到了引力波，但是沒(méi)有人能復(fù)制他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。他于2000年去世。

萊文：這是一個(gè)可怕的故事，隨之而來(lái)的是幾十年的謾罵。這是每個(gè)科學(xué)家最糟糕的噩夢(mèng)。我不認(rèn)為他做了什么不

誠(chéng)實(shí)的事情。LIGO檢測(cè)到的信號(hào)是非常清晰的波形。你實(shí)際上可以聽到這兩個(gè)天體，如果把記錄放慢，就可以聽到響鈴一樣的聲音。韋伯的設(shè)備只是一個(gè)共振儀。它像音叉一樣共振回應(yīng)。但是它沒(méi)有合適的結(jié)構(gòu)。因此他的設(shè)備非常容易產(chǎn)生假警報(bào)，事實(shí)上他的“韋伯柵”會(huì)經(jīng)常響。當(dāng)時(shí)沒(méi)有人知道為什么。如果你在數(shù)據(jù)里看到峰值，在不同的檢測(cè)器之間可以方便地進(jìn)行比對(duì)，但是當(dāng)時(shí)假陽(yáng)性信號(hào)太多了，當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)分析又沒(méi)有精密到可以消除這種假信號(hào)。他認(rèn)為他從SN1987A聽到了些什么。或許他真的聽到了，我不知道。但沒(méi)有確證實(shí)驗(yàn)，這就是問(wèn)題。其他人的儀器都很安靜。

這個(gè)故事令人心碎，因?yàn)槲艺J(rèn)為他在某些方面是一個(gè)偉大的科學(xué)家。他與微波激射器的首個(gè)概念版本有關(guān)，這早于激光。把這搬進(jìn)實(shí)驗(yàn)室里測(cè)量時(shí)空的變化，需要純粹的勇氣——當(dāng)時(shí)沒(méi)有其他人敢這么做。他是先驅(qū)。他就像歐內(nèi)斯特·沙克爾頓一樣，被困在了一塊大浮冰上。沙克爾頓的探險(xiǎn)攜帶的是錯(cuò)誤的設(shè)備、錯(cuò)誤的動(dòng)物、錯(cuò)誤的食物——當(dāng)一名

開拓者是很困難的。在LIGO的論文里，科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)向他致敬，我喜歡這一點(diǎn)。他們這樣做很正派。

問(wèn)：您知道，外界有一個(gè)想要“挫敗”LIGO的小型組織，他們堅(jiān)信LIGO只是一個(gè)巨大的陰謀，是渴望名聲的科學(xué)家

用來(lái)欺騙公眾的。

萊文：不是吧？！難道真是這樣嗎？這簡(jiǎn)直是歇斯底里。這個(gè)檢測(cè)到的信號(hào)比任何人預(yù)期的都要響亮。LIGO確實(shí)聽到了，這完全沒(méi)有問(wèn)題。如果非要說(shuō)哪里有問(wèn)題，就是這個(gè)信號(hào)實(shí)在是太清晰了。

問(wèn)：這個(gè)信息太清晰，所以LIGO科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)不得不嚴(yán)肅地考慮它可能是一個(gè)惡性黑客攻擊事件——一個(gè)被注入的假信號(hào)。

萊文：是的。雷納說(shuō)：“你看，我們想遍了各種可以注入假信號(hào)的可能情境，并且自己也嘗試著這么做了?！闭麄€(gè)團(tuán)

隊(duì)里只有個(gè)別人有足夠的權(quán)限這么做，他們?nèi)际艿搅吮P問(wèn)。而且這么做需要真的安裝些什么東西，你沒(méi)法憑心靈感應(yīng)完成，因此他們搜尋了小黑盒子一類的東西，就像《犯罪現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查》里的實(shí)驗(yàn)?zāi)菢印Ｈ欢](méi)有找到什么物理證據(jù)。想要偽造一個(gè)信號(hào)而不被發(fā)現(xiàn)是非常難的，而且我不認(rèn)為研究團(tuán)隊(duì)里的任何人有這么復(fù)雜的犯罪頭腦。事實(shí)上，當(dāng)他們?cè)跍y(cè)試階段故意試著盲注信號(hào)的時(shí)候，他們有點(diǎn)搞砸：把定向弄反了。

當(dāng)哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝到一張照片， 人們不會(huì)說(shuō)：“我不相信這背后的數(shù)學(xué)。”哪怕這張圖片主要是假色——照片

的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)了翻譯和分析，還有些東西被減掉了。當(dāng)你看到這樣的照片時(shí)， 只會(huì)說(shuō)：“看吧，就是這樣?！币曈X(jué)是非常直接的，而且我們總是那么依賴于視覺(jué)。但是如果研究人員把LIGO信號(hào)放慢，真的可以清晰無(wú)誤地聽到它。我認(rèn)為最終人們對(duì)LIGO信號(hào)會(huì)跟對(duì)哈勃空間望遠(yuǎn)鏡、射電望遠(yuǎn)鏡拍攝的照片有一樣的接受度。

最數(shù)字

580千米

美國(guó)航空航天局近日發(fā)布的冥王星最新照片顯示，冥王星冰質(zhì)表面上匍匐著一只巨型“蜘蛛”，“蜘蛛”至少有6條腿。其實(shí)，這是一種極為獨(dú)特的地形特征，“蜘蛛”的腿都是巨大的冰體裂縫，其中最長(zhǎng)的一條裂縫長(zhǎng)約580千米。美國(guó)航空航天局艾姆斯研究中心科學(xué)家?jiàn)W利弗·懷特介紹說(shuō)，這些裂縫形成的圖案是之前我們?cè)谕馓?yáng)系空間中從未見(jiàn)過(guò)的。

1500年

考古學(xué)家近日在蒙古國(guó)阿爾泰山脈海拔2800米處發(fā)現(xiàn)了一具木乃伊。專家判斷，這具木乃伊可能是公元6世紀(jì)的一位突厥女性，身上的服裝和配飾在當(dāng)時(shí)來(lái)說(shuō)非常精致，花紋很有民族特點(diǎn)。此外，墳?zāi)怪羞€有一些羊毛制成的布匹、衣服、枕頭，和一個(gè)羊頭骨?？脊艑W(xué)家據(jù)此推測(cè)，這具木乃伊被埋葬的時(shí)間大約在1500年前。

2倍

美國(guó)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)-火箭動(dòng)力公司將研制用于登陸火星的電力推進(jìn)系統(tǒng)。該電力推進(jìn)系統(tǒng)將用太陽(yáng)能作為動(dòng)力源，其燃料效率有望達(dá)到現(xiàn)有化學(xué)推進(jìn)技術(shù)的10倍，而推進(jìn)能力將達(dá)到現(xiàn)有電力推進(jìn)系統(tǒng)的約2倍。據(jù)稱，這種先進(jìn)的電力推進(jìn)系統(tǒng)“將顯著提高美國(guó)商業(yè)航天能力，并使得深空探索任務(wù)成為可能”。

1000美元

美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)地球和太空探索學(xué)院的研究人員近日研制出一款輕巧的迷你衛(wèi)星“FemtoSats”，邊長(zhǎng)僅有3厘米，重約35克，還不到一部智能手機(jī)重量的1/3。這款衛(wèi)星具備了推進(jìn)裝置、成像、通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，依靠太陽(yáng)能電池板供電，還可進(jìn)行模塊化組裝。更重要的是，這款迷你衛(wèi)星的發(fā)射成本更低，僅需1000美元就可被送往國(guó)際空間站，開展微重力和其他空間實(shí)驗(yàn)。