LIGO之無名英雄

凌 寒/編譯

LIGO之無名英雄

凌 寒/編譯

每年10月，諾貝爾獎的宣布都會引起一些爭議。今年的物理學(xué)獎相比其他獎項爭議較少。三名獲獎?wù)撸夯铡に鞫鳎↘ip Thorne）和巴里·巴里什（Barry Barish）來自加州理工學(xué)院，雷納·韋斯（Rainer Weiss）來自麻省理工學(xué)院，因為他們在項目的成功中所發(fā)揮的作用而獲得了普遍贊譽(yù)。

然而，在現(xiàn)今這種“大科學(xué)”廣泛合作的趨勢下，這一獎項仍然凸顯了從許多研究人員中挑選出寥寥幾人的難度。LIGO協(xié)作團(tuán)隊使用了兩臺巨大的激光干涉儀來監(jiān)聽因宇宙中一些災(zāi)難性事件造成的時空扭曲。物理學(xué)家在2015年9月發(fā)現(xiàn)了第一波引力波，這一引力波被解釋為由兩個黑洞在10億年前碰撞產(chǎn)生。此項研究形成的論文發(fā)表于2016年2月，該篇論文有著令人難以置信的1 004名作者。

其中一些作者是LIGO實驗室的成員，Caltech–MIT聯(lián)盟管理著LIGO放置在路易斯安那州和華盛頓州的兩個激光干涉儀。但這份作者名單還包括更廣泛的LIGO科學(xué)合作:來自18個國家的研究人員，其中一些（如來自于德國和英國的研究人員）對探測器做出了重要貢獻(xiàn)。

然而，更多的作者來自于LIGO的姐妹機(jī)構(gòu)：處女座（Virgo）引力波團(tuán)隊，該團(tuán)隊由法國和意大利領(lǐng)導(dǎo)，該團(tuán)隊在意大利的比薩市附近架設(shè)了Virgo干涉儀。這兩項實驗將他們的數(shù)據(jù)匯集在一起，共同進(jìn)行分析。自從韋斯于1972年首次詳細(xì)介紹了如何搭建激光干涉儀后，就有無數(shù)在那篇論文上未獲署名的人也參與了LIGO的設(shè)計、開發(fā)、建設(shè)和維護(hù)。

為了紀(jì)念引力波發(fā)現(xiàn)過程中的眾多無名英雄，《自然》雜志收集了若干關(guān)于這些無名英雄的褒獎。與諾貝爾獎一樣，這份名單也不可避免地非常不完整。

1.先驅(qū)者：約瑟夫·韋伯美國的研究人員使用了兩種探測器，當(dāng)他們宣布發(fā)現(xiàn)了引力波時，世界為之震驚。那一年是1969年，使用的探測器也不是LIGO，而是由馬里蘭大學(xué)帕克分校的物理學(xué)家約瑟夫·韋伯（Joseph Weber）制造的1噸的鋁質(zhì)圓柱體。雖然他的主張后來被證明是無效的，但許多物理學(xué)家仍然相信正是韋伯創(chuàng)建了這個領(lǐng)域?！凹s瑟夫·韋伯確實在1957年就開始考慮如何探測到引力波。”韋伯的遺孀、天體物理學(xué)家維吉尼婭·特里波（Virginia Trimble）在一封電子郵件中告訴《自然》雜志。在當(dāng)時，許多研究人員甚至不確定引力波是否存在。20世紀(jì)60年代，韋伯也是第一批考慮使用干涉儀來探測引力波的可能性的研究者之一。

2.德國聯(lián)絡(luò)者：海因茨·比林德國LIGO的創(chuàng)始人海因茨·比林（Heinz Billing）是位于慕尼黑附近的馬克斯·普朗克天體物理研究所的物理學(xué)家。他在1975年首次聽說了韋斯那獨具開創(chuàng)性的干涉設(shè)計方案，當(dāng)時邀請他對韋斯向美國國家科學(xué)基金會提出的申請進(jìn)行審查，該申請旨在資助麻省理工學(xué)院搭建干涉儀原型機(jī)。比林和他的團(tuán)隊實在太喜歡這個設(shè)計了，他們甚至開始自己搭建干涉儀?！皝碜杂谀侥岷诘倪@個團(tuán)隊迅速發(fā)明了一些最為重要的組件，這使得探測器的搭建成為可能。”卡斯滕·丹茨曼（Karsten Danzmann）說道，他是德國漢諾威馬克斯·普朗克引力物理研究所的主任。尤其值得一提的是，比林提出了一種穩(wěn)定激光的方法，這種方法后來用在德國漢諾威附近的英-德GEO600干涉儀和LIGO中。如今，GEO600仍然是連續(xù)幾輪的LIGO技術(shù)升級的關(guān)鍵測試和開發(fā)中心。丹茨曼說:“在LIGO中有著GEO的很多身影?！北攘钟?017年1月4日去世，享年102歲，他也是磁數(shù)據(jù)存儲的先驅(qū)。

3.激光專家：阿拉因·布里利特20世紀(jì)80年代是引力波探測器研究和發(fā)展的高產(chǎn)年代。在干涉儀研究中有著豐富經(jīng)驗的光學(xué)物理學(xué)家阿拉因·布里利特（Alain Brillet）看到了可以做出貢獻(xiàn)的機(jī)遇。他后來在法國奧爾賽的巴黎第十一大學(xué)供職?！拔覜Q定從光學(xué)零件、激光和光學(xué)部分做起，因為這是我的專長?！彼f道。布里利特繼而共同創(chuàng)立了處女座引力波團(tuán)隊。但麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家大衛(wèi)·舒馬赫（David Shoemaker）說，他的許多想法——尤其是關(guān)于能給出最穩(wěn)定信號的激光類型的想法——都在LIGO和其他干涉儀中實現(xiàn)了。大衛(wèi)·舒馬赫曾在奧爾賽與布里利特共事，他現(xiàn)在是LIGO的發(fā)言人。

4.促進(jìn)者：理查德·艾薩克森引力理論學(xué)家理查德·艾薩克森（Richard Isaacson）于1973年前往華盛頓特區(qū)，在美國國家科學(xué)基金會(NSF)工作，他原以為自己只是作為其中一個短期項目的主管。在工作交接期間，他的前任建議他注意一個叫作雷納·韋斯的“有趣家伙”。艾薩克森幫助韋斯獲得了他在1975年搭建原型機(jī)時的一筆小型資助，后來成為LIGO在政府內(nèi)部的主要倡導(dǎo)者。盡管成功的前景渺茫，但他在項目獲得數(shù)億美元的資助上幫了大忙。這是美國國家科學(xué)基金會第一次管理大型項目。像粒子加速器這樣的美國設(shè)施傳統(tǒng)意義上屬于能源部的管理范圍，能源部的現(xiàn)場辦公室有許多專家。艾薩克森自己做了10多年，到了20世紀(jì)90年代初，他付出了高昂的個人代價?！白罱K，我的健康狀況一塌糊涂，我的婚姻也很糟糕?！卑_克森說道。到2001年他退休的時候，LIGO的建設(shè)已經(jīng)完成。

5.第一任主管：羅切斯·沃格特在巴里·巴里什接管LIGO之前，另一名主管已在該合作團(tuán)隊留下了自己的身影，這個人就是羅切斯·沃格特（Rochus‘Robbie’Vogt）。這位加州理工學(xué)院的物理學(xué)家是美國宇航局“航行者”號探測任務(wù)的一員老將，他于1987年接管了LIGO。在此之前，這個項目由富有遠(yuǎn)見的創(chuàng)始人“三劍客”——索恩、韋斯和物理學(xué)家羅納德·德雷弗（Ronald Drever）領(lǐng)導(dǎo)，其中羅納德·德雷弗在搬往加州理工學(xué)院之前，曾在格拉斯哥大學(xué)開始了他在英國的引力波研究。但是管理大型組織機(jī)構(gòu)并不是他們的強(qiáng)項?！案兄x上帝這事兒可算結(jié)束了，”韋斯在去年的國家科學(xué)基金會總部的一次演講中回憶道。“跟三個古里古怪的人在一起是沒法搞好管理工作的?！蔽指裉卦蝗嗣枋鰹椋焊?、更瘦版本的亨利·基辛格（Henry Kissinger），他的聲音洪亮、作風(fēng)強(qiáng)硬，很難討得大家喜歡。但是，他能將國家科學(xué)基金會資助的主要要求進(jìn)行綜合，索恩在10月5日的新聞發(fā)布會上說，“為推進(jìn)LIGO的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。”

6.理論家：亞歷山大·波南諾正如索恩早期所意識到的，在未來的引力波天文學(xué)領(lǐng)域，僅僅收集數(shù)據(jù)是不夠的；研究人員還需要知道要尋找的是什么樣的信號。但是，從愛因斯坦廣義相對論的方程中提出定量預(yù)測非常困難。理論物理學(xué)家亞歷山大·波南諾（Alessandra Buonanno）已經(jīng)在她的工作中發(fā)明了計算螺旋物體的近似軌道以及它們所產(chǎn)生的引力波的公式。該工作完成于巴黎附近的高級科學(xué)研究所，部分工作是與她的博士導(dǎo)師蒂博·達(dá)穆爾（Thibault Damour）共同完成的。LIGO和Virgo引力波團(tuán)隊的合作中使用了成千上萬的這些波形的數(shù)據(jù)庫，來實時地在他們的數(shù)據(jù)中搜尋引力波。博南諾現(xiàn)任波茨坦馬克斯·普朗克引力物理研究所主任，也是LIGO科學(xué)合作的高級成員。

LIGO在兩臺激光干涉儀和數(shù)百人的共同努力下搜尋到引力波

● 《自然》雜志聚焦若干在引力波發(fā)現(xiàn)過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用但未獲得諾貝爾獎的人們。

[資料來源：Nature][責(zé)任編輯：岳 峰]