LSC：全世界最早看到引力波的那伙人

2016-03-04 15:52:32王丹陽

三聯(lián)生活周刊 2016年10期

王丹陽

引力波恰開啟了全新的方法，讓宇宙變成了個“有聲屏幕”。LIGO探測到的波段頻率落在了人類聽覺范疇內(nèi)的頻段上，經(jīng)過聲音處理，可以聽見如紙蓋滑過琴鍵的滑音：雙中子星合并聽上去像短笛；旋轉(zhuǎn)脈沖星像“?！钡那么蛉氰F的一聲；而黑洞隨著質(zhì)量的不同，會像不同調(diào)性的弦樂。

2月11日下午4點(diǎn)，位于德國漢諾威的馬克斯普朗克引力物理研究所（AEI）的眾多研究者來到了屏息的一刻，剛?cè)攵⒅甑闹袊憬┦可麋R來到新聞發(fā)布會場，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)沒有空位，但他還是進(jìn)去找了個角落，對他來說，這個即將開始的儀式可謂是人類文明的分水嶺。

此時的華盛頓是一個平常的上午10點(diǎn)半，視頻信號傳送到了作為歐洲四個分會場之一的AEI，熟悉的LSC合作組執(zhí)行主任戴維·萊茲（David Reitze）出現(xiàn)在投影儀上，說出“yes，we did it”，那刻，坐在主席臺上的所長卡森·丹茲曼（Karsten danzmann），這位千年難得穿了一回西裝的德國人，雖然蹺著二郎腿，但還是紅了眼眶。明鏡迅速掃視全場，很多人都流淚了，后來，他也幾度咽回眼淚。

當(dāng)4個小時后，全球直播的發(fā)布會結(jié)束，明鏡來到一群同僚中問他們“你哭了沒有”，其實自己心里已經(jīng)哭了好幾次了，以至于他回到家門口時，開鎖的手都在顫抖，而終于在沖進(jìn)屋子之后號啕大哭了一場。其實按去年9月15日發(fā)現(xiàn)信號到當(dāng)日，倏忽近半年，激動之情應(yīng)早已減退，但這些在多數(shù)地球人不知的學(xué)術(shù)“黑洞”里篳路藍(lán)縷地做著引力物理研究的學(xué)者，卻不約而同地處在一種復(fù)雜而起伏的感動里。

“最根本的感覺可能已不是人類的跨時代發(fā)現(xiàn)那樣的物理學(xué)上的意義，而是一種哲學(xué)意義，比如說我知道人是怎么從1.0版本進(jìn)入2.0版本的了，雖然我不知道以后的2.0到3.0怎么劃分，但我們在這個節(jié)點(diǎn)上，經(jīng)歷了這個事情，是多么幸運(yùn)。”他這么描述。

看見·第一個人

1915年的一天，愛因斯坦向普魯士科學(xué)院報告了他的廣義相對論的最終形式，其中一個新的公式讓他在一年里又推導(dǎo)出一種攜帶著能量的“引力輻射項”，這在后來被世人叫作引力波。但那時尚未可知這是個物理實在還是數(shù)學(xué)形式，一番爭論后在1936年，愛因斯坦再次向美國物理學(xué)會投了篇論文，他承認(rèn)引力波是種數(shù)學(xué)形式，“這種波會因為引力坍縮而不復(fù)存在”。

引力波被認(rèn)為是廣義相對論預(yù)言的歷史卻一波三折地拉扯到20世紀(jì)中葉。幾年后，愛因斯坦重新寫信說要“修改錯誤”，他認(rèn)為引力波是存在的，但不能被探測到。在那個尚未有任何探測器材而只能靠觀測隊在地球某島看日全食的年代，這種循環(huán)不算奇怪，就像他至死都在懷疑黑洞的存在一樣。但廣義相對論一直在成長，通過它，人們知道了時空的彎曲以及一些由時空彎曲產(chǎn)生的奇異事物，如黑洞、引力波、奇點(diǎn)、蟲洞等。

恰在理論被提出的100年后的9月15日，德國時間11點(diǎn)50分，意大利籍博士后馬爾科·德拉戈（Marco Drago）在AEI的辦公室里修改著論文，那時一股宇宙深處的引力波到達(dá)地球，在位于美國華盛頓和列文斯頓的兩個LIGO探測器上產(chǎn)生了4×10-18米的空間畸變。3分鐘后，這個觸發(fā)事件被低延遲搜索方法作為引力波候選事件（candidate）匯報了出來，通過郵件發(fā)到了他這里。

德拉戈慣性地打開郵件是在半小時后了，如果無恙，那就該到了飯點(diǎn)，那些LSC的“技術(shù)猿”會在12點(diǎn)半出現(xiàn)在餐廳。他作為LIGO科學(xué)合作組織（LSC）千余成員之一，同時也是系統(tǒng)管理者，邊看著原始數(shù)據(jù)，邊注意著探測器的突發(fā)事件。當(dāng)他看見一條如被壓縮過的曲線出現(xiàn)在屏幕上時，覺出了不對勁。“雖然探測器常有突發(fā)事件，我也習(xí)慣了，但這個信號清楚告訴我它不尋常?！彼@樣回復(fù)本刊記者，此話他可能已對全世界媒體重復(fù)過無數(shù)遍。

“當(dāng)你看到它的頻率和時間的比對時，很清楚它來自兩個致密天體互相內(nèi)旋而合并，聲波學(xué)上就是唧唧聲，除了5年前的人為假注，后來再也沒見過這樣的波形?！彼运牡谝环磻?yīng)，這仍然是個假注，即人為注入假信號，LSC內(nèi)部有個不具名的“盲注小組”，會經(jīng)常在原始數(shù)據(jù)中注入假信號，目的是檢驗信號分析者是否能把它篩選出來，也算實戰(zhàn)演練。2010年一樁學(xué)術(shù)丑聞“大犬事件”讓LSC跌份兒不少，他們近乎要向世人公布發(fā)現(xiàn)引力波的時候，有人跳出來說那是假注。

當(dāng)?shù)吕昱艿綐窍赂嬖V同事安德魯·倫德格倫（Andrew Lundgren）的時候，他還沒意識到自己是世上首位看到引力波的人。他問：“你知不知道最近有沒有假注？”是的，在排除掉系統(tǒng)突發(fā)事件后，剩下的疑問僅是美國那邊有沒有進(jìn)行過假注。按照《紐約客》報道，當(dāng)美國時間來到9月15日的清晨，在加州，戴維·萊茲送走女兒去學(xué)校，來到加州理工學(xué)院的辦公室，立即就被各種消息淹沒。而已83歲高齡的物理學(xué)家雷納·韋斯（Rainer Weiss），也是1972年LIGO項目的提出者正在度假，他登錄到系統(tǒng)上時也大叫了一聲。

熬過了4個小時的倫德格倫向晨曦中蘇醒的利文斯頓LIGO總部打電話，得到的答復(fù)是正在升級中的LIGO探測器4天后就正式開始運(yùn)行了，沒有必要在這個時候加入假信號。這時，德拉戈開始發(fā)抖。直到第二天早上，AEI開始進(jìn)入“備戰(zhàn)”，所長布魯斯·艾倫（Bruce Allen）“劫持”了某個LSC分組會議，將所有所內(nèi)的成員都慎重地叫到會議室，門把一反鎖，投影儀上出現(xiàn)了那個彎刀劃過夜空般的圖案。

它的物理意義就是，頻率隨著時間增強(qiáng)，在200多赫茲后強(qiáng)度最大，根據(jù)廣義相對論推導(dǎo)，“這是一個典型的雙星并合的信號”。明鏡說。他的第一反應(yīng)也如在場多數(shù)置喙中的同事一樣，認(rèn)為那是個假信號，但那么漂亮和完美，只能說假注人天賦異稟又城府頗深，叫人看不出人工痕跡。

驗證·保密

明鏡回到辦公室就開始跟LSC里的中國同事討論此事，他們分布在歐洲、澳大利亞和美國的各大學(xué)里，已經(jīng)通過內(nèi)部群發(fā)郵件知道了這一消息，這時，百千人的郵件系統(tǒng)里已經(jīng)炸開了，各個訂閱小組里，不同背景、國籍、研究門類的成員徹底打破界限。

LSC分工很細(xì)，有人設(shè)計、建造、調(diào)試實驗裝置，實驗裝置又分光學(xué)、機(jī)械和電控系統(tǒng)等。也有人分析數(shù)據(jù)，里邊分四大類分析方向，人數(shù)最多的是致密雙星并合（compact binary coalescence）的引力波源，第二是持續(xù)性引力波（continuous wave），還有超新星引力波爆源，和宇宙隨機(jī)背景組。

在一片內(nèi)部秘而不宣的詫異和狂喜交織中，沒有人站出來承認(rèn)假注過，他們開始信守起一個秘密，在被證實是新信號之前，不能向外透露風(fēng)聲。明鏡一直在說服自己那是真的?！叭绻艺J(rèn)為是假的，事后被證明是真的，那我就不算是全世界前100個知道這件事的人?！彼@樣說。

在另一片地廣人稀的西澳土地上，也豎著最早發(fā)明的探測儀共振棒NIOBE的耳朵。澳大利亞西澳大學(xué)物理系的助理教授王龑在那里專門研究致密雙星并合探測分析法，屬于LIGO人數(shù)最多的CBC組的一員，雙黑洞合并的引力波源也在該組的計算范疇，但不是CBC程序最早發(fā)現(xiàn)的?！白钕葴y到信號的是引力波爆組，而后續(xù)過程中關(guān)于太陽質(zhì)量等參數(shù)的估計是CBC程序的計算結(jié)果?！彼f。實時CBC程序靈敏度高，計算量也更大。由于計算資源有限，最初在線上實時處理程序中是沒加高質(zhì)量部分。線下CBC程序經(jīng)過海量數(shù)據(jù)分析后，結(jié)論是引力波來自兩個質(zhì)量分別為太陽質(zhì)量的36倍和29倍的黑洞，它們以近100赫茲頻率高速旋轉(zhuǎn)后并合釋放了3個太陽質(zhì)量的引力波能量。

“專門分析雙致密星并合的程序分為線上的實時程序和線下的分析程序。線下的分析程序是分析從1到100個太陽質(zhì)量的致密天體。線上的程序由于有計算資源的限制，最初是偏重算低質(zhì)量的天體?！钡@次信號的完美程度超過他們的最先預(yù)期。在去年LIGO升級完成前，初級LIGO運(yùn)行了13年，各種遠(yuǎn)強(qiáng)于引力波信號的噪聲讓這些科學(xué)家整日沉浸在數(shù)據(jù)王國里大海撈針。

把引力波的發(fā)現(xiàn)比作一道光也不夸張，之前他們一代代在黑暗里摸索，都是自己模擬數(shù)據(jù)，設(shè)計分析方法，用方法來測模擬數(shù)據(jù)再改進(jìn)，就像學(xué)游泳的人永遠(yuǎn)在岸上揮擺四肢，不知下水的滋味。成本之高也出人意料，有些數(shù)據(jù)處理程序運(yùn)行一次就得耗百萬美元。

LIGO分工程運(yùn)行和科學(xué)運(yùn)行兩種切換模式，數(shù)據(jù)都會被實時記錄后傳到數(shù)據(jù)中心。前者主要用于調(diào)試儀器，校正數(shù)據(jù)處理方法，所以數(shù)據(jù)中會有假注，而后者主要觀測來自太空的引力波，數(shù)據(jù)中不會加入信號。他們很難說新LIGO在正式運(yùn)行前4天處于什么狀態(tài)，“但只要是在運(yùn)行的，就有數(shù)據(jù)采集”。隨著時間的推移，仍舊沒有人聲稱假注，在反復(fù)計算和郵件討論后，他們愈益相信這就是真信號。

那個LSC郵件系統(tǒng)猶如無國界的狂歡，但是每個掛在四大組下的林林總總的分析群都仍然審慎而行，哪怕是一個人提出異議，都將引起全員關(guān)注。把空間位置、質(zhì)量、距離、各種物理參數(shù)都揉捏到那個分析模型后，愈加直觀感到與愛因斯坦的理論契合度如此之高。

“空間定位的結(jié)果跟預(yù)期也非常吻合?！蓖觚屨f，那個藍(lán)色背景下弧形彎刀就代表在天空中的位置。它就像人們帶著水霧的眼睛，看燈泡，那就是很大一團(tuán)，而不是一個點(diǎn)。這個物理學(xué)上的“誤差橢圓”就把那個燈泡鎖定在那片圓形區(qū)里。也就在7微秒的時間里，引力波通過了那兩個L形探測儀的激光干涉臂，通過振幅、相位信息，那個天空中的圓環(huán)被畫了出來。

“太難找了，所以要利用全世界的資源，我們不分單位，只分類型地找。”在漢諾威，明鏡日思夜想，有時候走出實驗室晚了，沒有趕上末班地鐵，走在空曠寒冷的街頭，心里會冒出一股溫暖的感動。遙想在13億光年前的兩個黑洞的合并信號，在9月14日的一瞬間到達(dá)的地球，雖已渺如秋毫，但誰知道在浩瀚數(shù)億光年外的宇宙還有多少不可預(yù)言的雙星并合或超新星爆發(fā)，它們空寂中不經(jīng)意擦過或碰撞，都那么偶然，以至于所長布魯斯·艾倫關(guān)起門對自己的學(xué)生說道：“要想想，如果是真的，那多美妙，我們只消坐在辦公室喝喝咖啡，時不時就能看到黑洞的合并?！?/p>

“就像在天空中放了個煙花，誰都看見了。”明鏡說，但它那么突然，如果沒有靈敏的探測器，它可能就淹沒在大海般的數(shù)據(jù)里不知要等多少年，除非有更好的分析法，但這次它的信號顯著性極其大，遠(yuǎn)超了“紅線”。這是宣布任何物理學(xué)發(fā)現(xiàn)的黃金標(biāo)準(zhǔn)，意味著這個探測結(jié)果只有三百五十萬分之一的誤差。

探測·LIGO的誕生

愛因斯坦反復(fù)修改著自己的預(yù)言，讓人評論說引力波好像是靠“思維的速度在傳遞”。后世的人為了證明或證偽，在一次次探測的迭代更新中燒著錢和生命。從1957年的一次“粘珠試驗”證明引力波是種攜帶能量的物理實在，到2002年初級LIGO正式運(yùn)行，其中的成本無可計數(shù)。2011年的一天，還是天文系碩士生的明鏡在北京大學(xué)科維里天文與天體物理研究所聽了一場伯納德·舒茨（Bernard Schutz）的學(xué)術(shù)報告，這位引力波研究界權(quán)威說：“我們花了納稅人幾十億美元來尋找引力波，有時候晚上我睡在自己的床上會想我為什么不是在監(jiān)獄?！边@句話把明鏡推上了這條無盡的修遠(yuǎn)之路。

上世紀(jì)90年代，一些大型激光干涉儀開始建造，引力波探測黃金時代開啟，涌現(xiàn)了意大利比薩的臂長3000米的VIRGO，漢諾威臂長600米的GEO，日本東京國家天文臺臂長300米的TAMA300……去年9月18日，升級后靈敏度大幅提升的LIGO開始運(yùn)行，今年底，VIRGO升級也將完成。

LIGO的原理遵循了愛因斯坦的假設(shè)，廣義相對論里有言“時空告訴物質(zhì)怎樣運(yùn)動，物質(zhì)告訴時空怎樣彎曲”。如何彎曲就取決于宇宙中物質(zhì)質(zhì)量大小及其分布。簡而言之，引力波是時空畸變，也被科普者稱作“時空中的漣漪”。大質(zhì)量的天體之于宇宙就像是皮球置于水面，底下呈凹形，當(dāng)兩個黑洞開始環(huán)繞跳舞，水面就自然產(chǎn)生漣漪。物質(zhì)質(zhì)量越大，運(yùn)動的越劇烈，對這個時空的擾動就越大，引力波就越強(qiáng)。

但幾十倍太陽質(zhì)量所產(chǎn)生的引力波到達(dá)地球的物理效應(yīng)卻微乎其微。在強(qiáng)的天體波源所釋放的引力波，其強(qiáng)度到達(dá)地球上的空間畸變不超過10-14，剛好比質(zhì)子大10倍，此幅度相當(dāng)于太陽到最近的比鄰星4.22光年的距離上，產(chǎn)生小于頭發(fā)絲寬度的空間畸變。所以，落到LIGO那根激光干涉臂，就需要在每公里的長度上找到相當(dāng)于原子核半徑萬分之一以下的空間變化。

1972年，當(dāng)美國麻省理工的雷納·韋斯腦中出現(xiàn)LIGO設(shè)計雛形圖的時候，馬里蘭大學(xué)的工程學(xué)教授喬·韋伯（Joe Weber）已經(jīng)“身先士卒”，后者在早十幾年前設(shè)計出的共振棒沒有給業(yè)界帶來好印象，總是出錯而被落得騙子的罵名。韋斯想把探測器做成L形，當(dāng)引力波通過，會在一個方向上拉伸空間，另一個方向壓縮空間。好比兩個人垂直躺地上，身體呈90度，引力波通過他們時，一個人會拉長，另一個人被縮短，下一時刻，情況相反。他知道，要丈量這兩個波動的長度，非得要數(shù)公里長的鋼筋水泥管之類。

韋斯建議用激光做尺子，在L形狀的拐彎處放置激光源，并用光在真空管中的通行距離變化作為變量，同束光產(chǎn)生的相位差距越大，表明引力波越強(qiáng)。這個想法得到了加州理工大學(xué)物理學(xué)權(quán)威基普·索恩（Kip Thorne）的共鳴，1981年，加州理工已開始建造一個130英尺探測臂的LIGO模型。但要付諸現(xiàn)實就讓人犯難了，那一小撮“頭腦發(fā)熱者”拿著區(qū)區(qū)一個理論模型去敲國家自然科學(xué)基金會（NSF）的門了，申請資助，有人立即反彈：“連信號的影子都沒看見過?！表椖考傻募す?、材料、真空技術(shù)都遠(yuǎn)在真實科技水平之上，甚至還“需要用沒被發(fā)明出來的材料”。

兩年前的某天，基普·索恩來到澳大利亞墨爾本大學(xué)講壇，提到LIGO制造難度，作為LSC成員的中國籍物理學(xué)博士孫翎心潮澎湃?！八麄兞谐隽朔浅Ｔ敱M的分析報告，窮盡了儀器可能遇到的所有干擾和問題，并輔以解決問題，才拿到了錢?！卑凑账鞫鞯脑拋碇v，是“上萬個細(xì)節(jié)需要考慮完善”。那時，LIGO已在2010年進(jìn)入了升級期，在8年探測未果后又被追投了2億美元，對于這些人來說，即使是測不到信號的“空演練”，也豐富了大數(shù)據(jù)。

那兩個LIGO間的距離，飛行約3個多小時，路易斯安那的那個位于首府巴吞魯日東部的濕地，被松樹林圍繞；另一個在華盛頓州的則在一片核反應(yīng)堆廢料和沙漠灌叢邊，每個干涉臂都有4公里長。那天，來自南半球遙遠(yuǎn)星系的引力波先是到達(dá)利文斯頓探測器，大約7毫秒之后到達(dá)漢福德，兩者產(chǎn)生的時間差為波源估算出一個近1000平方度的天空位置，而龐然大物最終測到的畸變尺度只是質(zhì)子直徑的千分之一大小。

“我們現(xiàn)在只能看到大概方位，就是那條彎彎的像被壓過的橢圓，但是就像通信衛(wèi)星三角定位一樣，全球布置越多精密探測器，越能更好定位。各個角度過來的偏正方向不一的波，探測到的希望越大?！睂O翎說。顯然，垂直臂因方向不一，信號到達(dá)強(qiáng)弱就有大小，那“干涉條紋”的“凹凸形狀”就更明晰。同時，你在赤道和南極放兩個同樣的LIGO效果也不同，如果引力波面朝赤道沖來，南極就基本測不到了。

發(fā)布·意義

兩年前，孫翎從IBM軟件工程師的職位離開，來到墨爾本大學(xué)物理系讀博，盡管她沒有物理專業(yè)的背景，但導(dǎo)師認(rèn)為她的信息技術(shù)背景，能為LIGO引力波數(shù)據(jù)分析加分。孫翎所在的是LSC的持續(xù)引力波組，這種引力波來自持續(xù)性的源，比如，質(zhì)量非軸對稱分布的、自轉(zhuǎn)的中子星，其表面隆起的微小“山峰”導(dǎo)致加速度而產(chǎn)生引力波。不像爆發(fā)或并合，它默默連續(xù)不斷地發(fā)出相對較穩(wěn)定的引力波，有的可持續(xù)很久，但又極其微弱而可能一直在海量信號下“休眠”，需要足夠好的分析算法才能將之甄別。在雙星并合信號被發(fā)現(xiàn)后，他們松了口氣，那意味著有一天像這般中子星的持續(xù)低吟也能被聽到。

這么多年來，初級LIGO收集著全天球各個方向的數(shù)據(jù)，有的針對已知的可能探測到的持續(xù)引力波源，對天球某個方位做定位搜索。也有的進(jìn)行全天球搜索，他們采用的原始數(shù)據(jù)都來自LIGO天文臺的觀測輸出，全球許多強(qiáng)大的機(jī)群都可以訪問這部分龐大的數(shù)據(jù)，用各個數(shù)據(jù)分析小組研發(fā)的各種數(shù)據(jù)分析程序進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，分析總結(jié)探測的結(jié)果。

“初級LIGO觀測得到的數(shù)據(jù)我們也一直在分析，即使因為敏感度不夠高，并沒有成功觀測到任何引力波，但至少可以為所期望的信號強(qiáng)度設(shè)立上限，完善數(shù)據(jù)分析算法，最大限度過濾噪音，并且為升級版LIGO數(shù)據(jù)分析做好準(zhǔn)備?！苯衲?月至今，孫翎都在加州理工這個美國引力波學(xué)術(shù)重鎮(zhèn)參與交流。去年升級版LIGO運(yùn)行后，她預(yù)感很快會有進(jìn)展，所以計劃到美國訪學(xué)。在2月11日那天晚上，她沒有睡著，現(xiàn)在，加州理工在媒體報道中獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，那些核心大佬整日見首不見尾。

在經(jīng)過了5000萬CPU小時的數(shù)據(jù)分析后，他們證明了引力波。這幾個月里，在LSC獨(dú)特的線上交流工具Team Speaker上開過好多會議，所有人都用語音的形式發(fā)言。孫翎不顧時差，在澳大利亞深夜兩點(diǎn)也曾接線開會，對于在美國以外的所有成員，其實都一樣。那篇發(fā)表在頂級物理期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上的論文并不長，但條理清晰論據(jù)明確，幾乎每句都標(biāo)有出處，文后拖著LSC所有人的名字。PRL審稿主編回復(fù)道，看這篇論文是他學(xué)術(shù)生涯的榮幸，這是他見過的最“使人愉悅”的學(xué)術(shù)報告。

論文從去年10月開始寫，經(jīng)歷了十幾個版本的改動。今年1月快要完成時他們決定寄出去，每句話都經(jīng)過反復(fù)推敲，如果有人對任何的語句表達(dá)有所異議，都可以給論文委員會提出建議。最終那11篇文叢每篇都有10個版本以上。

LSC成員都將此發(fā)現(xiàn)比作人類從看無聲電影到看有聲電影，這個虛無縹緲的宇宙之籟還被比喻成宇宙交響樂。自400年前伽利略用望遠(yuǎn)鏡探索可見光世界，人們開始觀測無線電和微波、紅外線、紫外線、X光和伽馬射線等等，找到了銀河系的中心，但銀河系以外還存在多少寂寞星系，是無法用電磁波手段探測的。而引力波恰開啟了全新的方法，讓宇宙變成了個“有聲屏幕”。

確實，由于LIGO探測到的波段頻率落在了人類聽覺范疇內(nèi)的頻段上，所以經(jīng)過聲音處理，可以聽見如指蓋滑過琴鍵的滑音：雙中子星合并聽上去像短笛；旋轉(zhuǎn)脈沖星像“?！钡那么蛉氰F的一聲；而黑洞隨著質(zhì)量的不同，會像不同調(diào)性的弦樂。

明鏡把它比作第二種光。“我父母只知道我的工作跟天空、星星有關(guān)的，但我告訴他們我是在找一種全新的東西，像第二種光。”他說。我問明鏡怎樣劃分它的時代意義，他卻回溯到宇宙大爆炸之初。145億年前宇宙大爆炸之后的38萬年，光子開始退耦，宇宙第一縷光產(chǎn)生，它就是宇宙微波背景輻射，但地球直到5億年前的寒武紀(jì)，才開始生命大爆炸，那時，奇蝦（Anomalocaris）作為第一個擁有眼睛的生物在進(jìn)化賽中脫穎而出，那它就是地球上首個看見光的生物。

引力波用粒子的角度去理解就是引力子，與對光子的理解相似。但是不同于光子在宇宙誕生38萬年后才產(chǎn)生，引力子在宇宙大爆炸的瞬間就退耦了，存在于這個宇宙中，這也被稱為原初引力波。如果說奇蝦作為第一個看見光的地球生物，那人類直到2015年才真正看到引力波。

除了原初引力波，宇宙中任何物體運(yùn)動都會輻射引力波，兩個黑洞共舞、超新星爆發(fā)、地球圍著太陽轉(zhuǎn)、月球圍著地球轉(zhuǎn)，甚至你在地球上揮一揮手都會產(chǎn)生引力波。這么看來它的確如光般普遍，只是人類一直沒有找到發(fā)現(xiàn)它的眼睛。

“當(dāng)然比喻的方法有很多種，從天文學(xué)觀測的角度，也可以和伽利略第一次用天文望遠(yuǎn)鏡觀測宇宙相比。那是人類用電磁波、光學(xué)來探測宇宙的窗口，而引力波是第二種窗口。從另外的角度，光一直存在于宇宙，但直到奇蝦有了眼睛才被看到，那么現(xiàn)在引力波作為第二種光，人類已經(jīng)探測到了?！彼f。

未來·幻想

去年，明鏡在加州理工學(xué)院碰到了基普·索恩，他還是《星際穿越》（Interstella）的劇本指導(dǎo)。明鏡的博導(dǎo)伯納德·舒茨是索恩的第一個博士生，而明鏡是舒茨退休前的最后一個學(xué)生。“所以你就像我的爺爺一樣。”他記得當(dāng)時見到索恩時的親近感，并最后像是允諾般地叫他放心，自己一定會盡全力去找引力波的。這種對科學(xué)的宗教般的神圣感在每個引力波成員身上都存在著，即使一直找不到，但添磚加瓦的事就一直有人頂著。

如果沒有索恩和雷納·韋斯兩位祖師爺，LIGO計劃就難以實現(xiàn)，而他倆對于理論的貢獻(xiàn)以及LSC組織的建構(gòu)也起了關(guān)鍵作用，是他們建立了分組模型，有序地組織起這個龐大的跨國機(jī)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)?？梢钥隙ǖ氖?，未來各國在引力波探測上的投入將如洪水開閘，而在今年底意大利的VIRGO探測器完成升級后，定能與美國那兩個LIGO共同發(fā)力縮小范圍。

2011年明鏡在第一次聽到舒茨的引力波講座時，國內(nèi)沒有任何經(jīng)費(fèi)支持這個課題，也沒有任何專職研究引力波的科研者，包括去年由中山大學(xué)領(lǐng)銜啟動的“天琴計劃”科研人員也并非專職搞這個。從個人角度，明鏡擔(dān)心如果引力波一直找不到，可能自己在5年后也會灰心，這也意味著他回國后就無法就業(yè)。另一個更嚴(yán)峻的現(xiàn)實是，當(dāng)探測器的靈敏度已到頂尖時，他們就會懷疑廣義相對論的這個預(yù)言是錯的，也許他們應(yīng)該相信愛因斯坦去世時的疑慮。

王龑還記得，10年前，引力波在中國天體物理界還相當(dāng)冷門，那時剛從天體物理學(xué)本科畢業(yè)的他參加了一個南京大學(xué)物理學(xué)教授彭秋和組織的暑期班，這個班年年請國外專家來講課，他才首次聽說引力波。被這樣吸引上路后，他來到德國AEI攻讀博士，不過那時他主業(yè)是研究相對于地面探測器的空間探測器“LISA”，因為它的難度更高所以一直沒有被建造出來，直到去年底，第一枚實驗衛(wèi)星“LISA探路者”成功發(fā)射。王龑一直以為要等到升級后的VIRGO與LIGO同時運(yùn)作，才預(yù)計會在2020年左右探測到引力波……

在LSC里，很多人共同的愛好是看科幻小說，后者往往是把他們送上這條路的原始激情。德拉戈已經(jīng)寫了兩部科幻小說，但那都還跟引力波無關(guān)?！拔以?jīng)有過寫時光旅行的想法，說不定以后就是引力波。但是小說也好電影也好至少得有些科學(xué)基礎(chǔ)，像《星際穿越》里借助不同時空介質(zhì)的旅行，能把那些不學(xué)物理的人先引到這個事情上來?！?/p>

一個科研者的成長路徑，往往先是在幼年接觸科幻小說，再自發(fā)學(xué)習(xí)科普知識，有緣的人就從此進(jìn)入這個相關(guān)領(lǐng)域了，而要寫出令人信服的科幻小說的人，必須是行家，他們超越理論基礎(chǔ)的一丁點(diǎn)假設(shè)空間，都可能是后人的開發(fā)寶藏。孫翎認(rèn)為，在科學(xué)中想象力很重要，否則何來進(jìn)步?！氨热鐒⒋刃赖摹度w》，雖然有夸大，但他的物理功底好，那些構(gòu)想基本不會離譜，讓你覺得有的可想象?！缎请H穿越》里的黑洞模擬，就是根據(jù)愛因斯坦方程式算出來的，只是在我們還不了解的理論上做了妥協(xié)?！?/p>

在《三體》里，劉慈欣讓引力波成為人類用來和三體星人抗衡的武器，就是引力波發(fā)射裝置。主人公羅輯發(fā)現(xiàn)“黑暗森林”法則之后，威脅三體星人要將對方的星空坐標(biāo)通過引力波廣播出去，它可以輕易地穿透物體，并且不會發(fā)生任何衰變。從這個角度上來說，劉慈欣對引力波應(yīng)用的想象還恰如其分。

但里面提到的引力波發(fā)射器，就不符合科學(xué)。引力波信號不需要發(fā)射，它時刻存在于物體運(yùn)動，因為太弱了而只能被接收。發(fā)射器信號再強(qiáng)，也只在地球上，總不敵地球圍繞太陽轉(zhuǎn)發(fā)出的強(qiáng)度。但用引力波作為通信手段是很多科幻者的心結(jié)?！半姶挪ǖ膫鞑ルm然容易被探測和操控，但也容易被吸收，如果沒有中轉(zhuǎn)站，我們靠電磁波傳播信號會越來越弱。引力波作為通信手段，是個很好的想法，它穿越宇宙受物質(zhì)間作用很小，可能能量損耗不到百分之一，但目前來說太難測到，強(qiáng)度非常小?！蓖觚屨f。

讓王龑印象深刻的是曲率驅(qū)動引擎，通過對時空本身的改造來驅(qū)動飛船，達(dá)到超光速運(yùn)行，它作為科幻概念產(chǎn)生于上世紀(jì)30年代。1994年墨西哥物理學(xué)家明戈·阿爾庫貝利在廣義相對論的基礎(chǔ)上推導(dǎo)有一天是能實現(xiàn)的，但后續(xù)計算顯示這樣一種裝置將需要無法達(dá)到的極高能量才能實現(xiàn)。近幾年又有物理學(xué)家提出只要改造利用電磁驅(qū)動器作為電力來源，就可比原先少用很多能量。現(xiàn)在，美國國家航空航天局（NASA）正在建造這個東西。