目睹引力波的第一人

思羽/編譯

目睹引力波的第一人

思羽/編譯

2015年9月14日，馬可·德拉戈（Marco Drago）首次目睹了引力波

2016年2月11日，在激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）工作的物理學(xué)家宣布，在幾十年的努力后，他們已經(jīng)檢測到兩個(gè)大質(zhì)量黑洞爆炸性碰撞所引起的引力波（也就是時(shí)空漣漪）。LIGO是設(shè)置在路易斯安那州利文斯頓和華盛頓州漢福德的兩臺(tái)龐大的儀器，為LIGO工作的科學(xué)家有一千人之多，但其中到底誰才是第一個(gè)見到人類等待了許久的信號(hào)的幸運(yùn)兒呢？

這份榮耀最終落在了一位說話嗓音輕柔的博士后馬可·德拉戈身上，除了科研他會(huì)演奏古典鋼琴，還出版過兩部奇幻小說。他的故事會(huì)讓我們看到，研究者構(gòu)思出復(fù)雜的方案來讓LIGO團(tuán)隊(duì)的成員猜想信號(hào)是真的，還是故意植入的“冒牌貨”。然而，這個(gè)方案又是如何分崩離析，僅留下一名幸運(yùn)的物理學(xué)家從而保守了一個(gè)令人激動(dòng)的秘密。因?yàn)橹蟛痪?，這名科學(xué)家創(chuàng)建了整個(gè)LIGO合作組織。

馬可·德拉戈本人不在路易斯安那州或華盛頓州，甚至都不在美國。與此相反，這位33歲的博士后是意大利帕多瓦人，當(dāng)時(shí)在位于德國漢諾威的馬克斯·普朗克引力物理研究所的辦公室里。LIGO團(tuán)隊(duì)的成員在那兒做數(shù)據(jù)分析工作。共有四條數(shù)據(jù)“管道”，也就是自動(dòng)化電腦系統(tǒng)梳理兩臺(tái)探測器輸出的原始數(shù)據(jù)，尋找潛在的有趣信號(hào)，德拉戈在那兒監(jiān)督其中一條“管道”。2015年9月14日，德拉戈正在與一位在意大利的LIGO項(xiàng)目同事進(jìn)行電話通話時(shí)，他負(fù)責(zé)的“管道”發(fā)給他一條電郵通知——他大約每天都會(huì)接收到一條這樣的通知。電郵告知他三分鐘之前（當(dāng)?shù)貢r(shí)間11:50:45），兩臺(tái)LIGO探測器都記錄下一次“事件”（也就是不常見的讀數(shù)）是次大事件。“信噪比相當(dāng)高——相比于典型的10，它達(dá)到了24?！钡吕暾f道。

事實(shí)上，信號(hào)如此之強(qiáng)，讓德拉戈不敢相信這是真實(shí)的，而且他有很有力的理由。遙遠(yuǎn)的源頭傳來的引力波會(huì)以極其微小的服務(wù)延展空間，為了檢測到這種有節(jié)奏的延展，LIGO使用兩臺(tái)龐大的、名叫干涉儀的光學(xué)儀器，基本上它們就是充當(dāng)巨大的尺子。為了測試這套復(fù)雜得讓人難以置信的裝置，LIGO項(xiàng)目的物理學(xué)家們研發(fā)出一些機(jī)械系統(tǒng)，令裝置晃動(dòng)，從而“輸入”假信號(hào)。德拉戈說，他見到的信號(hào)如此完美，因?yàn)樘?，所以看起來不像是真的?！皼]人期待得到這么大的收獲，于是我以為是一次假信號(hào)輸入?！?/p>

接下來就是故事就偏離早已準(zhǔn)備好的劇本了。信號(hào)輸入可以在兩天內(nèi)完成：當(dāng)研究者調(diào)試儀器時(shí)，信號(hào)輸入是公開進(jìn)行的，而在研究者接收數(shù)據(jù)的階段，信號(hào)輸入則會(huì)秘密進(jìn)行。后一種“盲輸入”的用意是讓研究者保持警覺。只有四名LIGO的負(fù)責(zé)人知道這樣的假信號(hào)輸入在何時(shí)進(jìn)行，而且要等到潛在的信號(hào)受到徹底檢查，記錄下來，準(zhǔn)備發(fā)布后，才會(huì)披露這些信息。2010年披露出的情況就是這樣，那時(shí)LIGO的研究者到最后關(guān)頭才得知一個(gè)可能的引力波信號(hào)實(shí)際上是次“盲輸入”。所以，假如情況進(jìn)行得和預(yù)期中一樣，德拉戈也許只會(huì)注意到電郵通知，接著像往常一樣繼續(xù)工作，同時(shí)心中以為真信號(hào)終將出現(xiàn)。

然而，這一次檢測的情況有所變化。那是因?yàn)樵?015年9月14日，LIGO的物理學(xué)家還在一次為期5年、花費(fèi)2.05億美元的升級(jí)后調(diào)試儀器。研究者打算在那天用新的裝置開始第一次數(shù)據(jù)運(yùn)行，但好幾個(gè)系統(tǒng)（包括假信號(hào)輸入系統(tǒng)）還沒準(zhǔn)備好運(yùn)行，戴維·賴茨（David Reitze）說道。賴茨是位于帕薩迪納的加州理工學(xué)院的物理學(xué)家，也是LIGO項(xiàng)目的執(zhí)行主管。于是，LIGO的幾位負(fù)責(zé)人轉(zhuǎn)而選擇繼續(xù)進(jìn)行為期一周的評(píng)估測試，也就是人們所知的“工程運(yùn)行”。因而，當(dāng)信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，德拉戈知道假信號(hào)輸入系統(tǒng)應(yīng)該沒在工作。他立即著手驗(yàn)證信號(hào)，最終向整個(gè)LIGO合作組織通報(bào)了這一信號(hào)。

德拉戈的第一步是詢問在漢諾威的另一名博士后安德魯·隆格倫（Andrew Lundgren），合作組織內(nèi)是否有人進(jìn)行了公開的假信號(hào)輸入，卻尚未做適當(dāng)?shù)牡怯洝Ｂ「駛惏l(fā)現(xiàn)不存在這類事件發(fā)生過的證據(jù)。接下來，德拉戈與隆格倫給利文斯頓的控制室（那兒的當(dāng)?shù)貢r(shí)間是剛過早上五點(diǎn)鐘）和漢福德的控制室（那兒的當(dāng)?shù)貢r(shí)間是剛過凌晨兩點(diǎn)）打電話，詢問是否有人動(dòng)過探測器或注意到任何奇怪的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。他只打通了一個(gè)地方的電話?！拔矣浀檬抢乃诡D?！钡吕暾f。但被對(duì)方告知一切正常。

最終，大約在收到電郵通知的一小時(shí)后，德拉戈向整個(gè)LIGO合作組織發(fā)出了一封群發(fā)電郵?！拔以陔娻]里詢問有沒有人知道任何可能是假信號(hào)輸入的情況?！钡吕暾f。沒人說有過假信號(hào)輸入。但那封電郵提醒了所有人，激光干涉儀已經(jīng)檢測到一個(gè)非常明顯的信號(hào)，起碼從表面看來不可能是一次“盲輸入”。這個(gè)信號(hào)極可能不是“盲輸入”正好是他們不知曉的情況。幾天后，合作組織的負(fù)責(zé)人對(duì)外發(fā)送通知，表示信號(hào)大概不是一次假信號(hào)輸入。在LIGO合作組織內(nèi)部，引力波的驗(yàn)證已經(jīng)初露端倪。

一等研究者意識(shí)到他們手頭有著一個(gè)潛在的發(fā)現(xiàn)后，他們結(jié)束了工程運(yùn)行，轉(zhuǎn)向了數(shù)據(jù)接收模式，并認(rèn)為儀器在這個(gè)階段應(yīng)該在未受任何調(diào)整的情況下運(yùn)行。官方的說法是，2015年9月18日運(yùn)行狀態(tài)的改變標(biāo)志著更新后的LIGO搜尋引力波源頭的開端。但是，實(shí)際上科學(xué)家主要是試圖收集足夠的數(shù)據(jù)來驗(yàn)證這個(gè)早已觀測到的信號(hào)，路易斯安那州立大學(xué)巴吞魯日分校的物理學(xué)家、LIGO科學(xué)合作組織的發(fā)言人加布里娜·岡薩雷斯（Gabriela González）說道。為了測量背景噪聲，估計(jì)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)顯著性，研究者需要從兩臺(tái)同時(shí)運(yùn)行的探測器獲得五天的數(shù)據(jù)。等到2015年10月5日，他們擁有了足夠的數(shù)據(jù)。

研究團(tuán)隊(duì)花費(fèi)了更多時(shí)間來確保他們沒有受到某種方式的愚弄，確保這個(gè)信號(hào)不是無意中被人輸入的，也不是某個(gè)精心布置的惡作劇的一部分。但這些事被證明是無法實(shí)施的?！澳阈枰徽?duì)擁有各種各樣技術(shù)能力的圈內(nèi)人?！彼绱苏f道。

隨著分析繼續(xù)，結(jié)果被寫進(jìn)報(bào)告里，LIGO的幾個(gè)負(fù)責(zé)人竭盡全力掩蓋消息?！斑@是個(gè)挑戰(zhàn)?！睂_雷斯說，“但從一開始我們就向合作組織成員解釋了保密的需要?！蓖瑫r(shí)，分析持續(xù)進(jìn)行著?！澳悴荒馨l(fā)布個(gè)聲明，接著說‘糟糕！對(duì)不起，我們弄錯(cuò)了！’”岡薩雷斯解釋道。盡管如此，發(fā)現(xiàn)引力波信號(hào)的消息慢慢地泄露了出去，尤其是通過社交媒體和科研人員的博客。岡薩雷斯說，她發(fā)現(xiàn)對(duì)付——或者無視——各種詢問是件帶給人很大壓力的事情，尤其是來自新聞?dòng)浾叩脑儐??！跋啾炔换卮饎e人的詢問，解答別人的詢問會(huì)給人帶來許多快樂?！彼f道，“但我們從始至終都沒說謊?！?/p>

但現(xiàn)在這條爆炸性新聞已經(jīng)放出，LIGO的研究者可以自由發(fā)表言論。德拉戈說：“我會(huì)打電話給我的家人，告訴他們‘你們知道嗎？我是目睹引力波的第一人。’”他對(duì)此很高興。

[資料來源：Science][責(zé)任編輯：遙醒]