LIGO研究团队发现引力波,了解他们背后的故事

文章作者:Lily | 2016-05-12
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激光干涉仪引力波天文台(LIGO)宣布首次直接检测到了引力波,让科学家这50年来顶着质疑和压力的辛苦工作得到了最好的回报。天体物理学家扬娜·莱文在她的新作《黑洞布鲁斯以及外太空的其他曲目》中,为我们提供了了解这一切的最佳角度。

问:LIGO研究团队发现引力波最近才宣布,因此您的专著出版的时间简直无懈可击。

莱文:这本书其实比原计划晚了3年。本来2013年就应该出版的。几年前我开始写一本关于黑洞的书,我对这个领域了如指掌。如果您半夜把我叫醒,我脑袋里想的也都是这些事情。但写作进行得并不是很顺利,因为我被过分地卷入了LIGO的故事里。这就像是我手头上有一只可怕的怪兽。这本书一部分是说明性的,一部分则是叙事,而我缩减了很多叙事成分,因为那里所写的都是我的朋友。我不想写我的这些朋友。基普·索恩是我非常崇敬的一个人,在科学上他对我非常关照,哪怕是在我年轻得还没有资格赢得尊重的时候也是如此。所以把他当作一个外界个体来写这种感觉就太奇怪了,这成了我特别难于克服的一个心理障碍。我的编辑对我说:“您为什么要埋没这么好的故事呢?”因为想撰写一本完全不同的书,我经历了很长一段时间的煎熬。一旦克服了这个心理障碍,写作就进行得非常。

LIGO检测到引力波的那一天,也就是2015年9月14日,我给麻省理工学院的雷纳·维斯和加州理工学院物理学教授基普各送了一份打印稿。雷纳问道:“如果真的会有重大发现呢?你会重写整本书吗?或许您应该再等一等。”但原计划一直只是再写一篇后记。对于书本身我没有改动一丁点儿。如果你知道结局,你不能装作不知道。书中有多处涉及他们的焦虑,有关LIGO到底会不会成功,投入了这么多时间却仍然无法知道是很快会有发现还是要再等个10年什么的。雷纳在8月份还对我说:“如果我们听不到来自黑洞的信号,这个项目也就失败了。”可是,如果我知道了真相,这本书就不会有如此的戏剧性。

问:您是什么时候得知LIGO的检测结果的?

莱文:他们是在2015年12月份的时候告诉我的。我是他们唯一正式通知的人,这实在是一份殊荣。他们知道我在写这本书,并且想让我给这本书写一个合适的结尾。这是一条私人信息。我看见的第一行是:“来自LIGO的保密通信。”我当时从椅子上跳了起来。我知道我将要读到的内容会改变一切,但我还不能告诉其他任何人!对于别人的发现,这种感觉总是更加奇妙,因为我自己没什么心理负担。

问:LIGO的发现对您作为一名理论物理学家的工作有什么影响?

莱文:首先,这次的黑洞比我们预期的要大很多,而且很多人没有想到我们会首先检测到黑洞。所以我们这些理论物理学家就开始忙着解释为什么LIGO会首先检测到黑洞,为什么它们会这么大。其次,这次事件有一个可能的电磁配对体。

你知道根据声音想找到你的手机是一件多困难的事情吧?但如果你能看到它,你就很明确地知道它在哪里。望远镜的视场是非常紧凑的,但是引力波检测器又处在完全不同的方位。所以LIGO给负责管理这些望远镜的科学家送了一张地图:“我们要检测的东西应该是在这个方位。” 然后望远镜就在地图划定的范围里用自己的最佳能力寻找信号。这些众多的仪器当中产生了又一个不同的声音:在观测到事件的同一区域内看到了闪烁的伽马射线。因此我们又忙着解释为什么两个黑洞相撞可能会产生光线。它们应当是黑的——这是关键。关于这项工作一共发表了12篇论文,没有一篇是我的。其他人总是比我快一步。我想做点计算,然后放一放,想一想。我可能明年会写一篇文章。

问:您的书中最令人心碎的故事是关于约瑟夫·韦伯的。这位在20世纪五六十年代使用“韦伯栅”探测引力波的物理学家声称在1969年成功探测到了引力波,但是没有人能复制他的实验结果。他于2000年去世。

莱文:这是一个可怕的故事,随之而来的是几十年的谩骂。这是每个科学家最糟糕的噩梦。我不认为他做了什么不诚实的事情。LIGO检测到的信号是非常清晰的波形。你实际上可以听到这两个天体,如果把记录放慢,就可以听到响铃一样的声音。韦伯的设备只是一个共振仪。它像音叉一样共振回应。但是它没有合适的结构。因此他的设备非常容易产生假警报,事实上他的“韦伯栅”会经常响。当时没有人知道为什么。如果你在数据里看到峰值,在不同的检测器之间可以方便地进行比对,但是当时假阳性信号太多了,当时的数据分析又没有精密到可以消除这种假信号。他认为他从SN1987A听到了些什么。或许他真的听到了,我不知道。但没有确证实验,这就是问题。其他人的仪器都很安静。

这个故事令人心碎,因为我认为他在某些方面是一个伟大的科学家。他与微波激射器的首个概念版本有关,这早于激光。把这搬进实验室里测量时空的变化,需要纯粹的勇气——当时没有其他人敢这么做。他是先驱。他就像欧内斯特·沙克尔顿一样,被困在了一块大浮冰上。沙克尔顿的探险携带的是错误的设备、错误的动物、错误的食物——当一名开拓者是很困难的。在LIGO的论文里,科学研究团队向他致敬,我喜欢这一点。他们这样做很正派。原文地址:http://www.ufo-1.cn/article/201605/1020.html

问:您知道,外界有一个想要“挫败”LIGO的小型组织,他们坚信LIGO只是一个巨大的阴谋,是渴望名声的科学家用来欺骗公众的。

莱文:不是吧?!难道真是这样吗?这简直是歇斯底里。这个检测到的信号比任何人预期的都要响亮。LIGO确实听到了,这完全没有问题。如果非要说哪里有问题,就是这个信号实在是太清晰了。

问:这个信息太清晰,所以LIGO科学研究团队不得不严肃地考虑它可能是一个恶性黑客攻击事件——一个被注入的假信号。

莱文:是的。雷纳说:“你看,我们想遍了各种可以注入假信号的可能情境,并且自己也尝试着这么做了。”整个团队里只有个别人有足够的权限这么做,他们全都受到了盘问。而且这么做需要真的安装些什么东西,你没法凭心灵感应完成,因此他们搜寻了小黑盒子一类的东西,就像《犯罪现场调查》里的实验那样。然而并没有找到什么物理证据。想要伪造一个信号而不被发现是非常难的,而且我不认为研究团队里的任何人有这么复杂的犯罪头脑。事实上,当他们在测试阶段故意试着盲注信号的时候,他们有点搞砸:把定向弄反了。

当哈勃空间望远镜拍摄到一张照片, 人们不会说:“我不相信这背后的数学。”哪怕这张图片主要是假色——照片的数据经过了翻译和分析,还有些东西被减掉了。当你看到这样的照片时, 只会说:“看吧,就是这样。”视觉是非常直接的,而且我们总是那么依赖于视觉。但是如果研究人员把LIGO信号放慢,真的可以清晰无误地听到它。我认为最终人们对LIGO信号会跟对哈勃空间望远镜、射电望远镜拍摄的照片有一样的接受度。

最数字

580千米

美国航空航天局近日发布的冥王星最新照片显示,冥王星冰质表面上匍匐着一只巨型“蜘蛛”,“蜘蛛”至少有6条腿。其实,这是一种极为独特的地形特征,“蜘蛛”的腿都是巨大的冰体裂缝,其中最长的一条裂缝长约580千米。美国航空航天局艾姆斯研究中心科学家奥利弗·怀特介绍说,这些裂缝形成的图案是之前我们在外太阳系空间中从未见过的。

1500年

考古学家近日在蒙古国阿尔泰山脉海拔2800米处发现了一具木乃伊。专家判断,这具木乃伊可能是公元6世纪的一位突厥女性,身上的服装和配饰在当时来说非常精致,花纹很有民族特点。此外,坟墓中还有一些羊毛制成的布匹、衣服、枕头,和一个羊头骨。考古学家据此推测,这具木乃伊被埋葬的时间大约在1500年前。

2倍

美国喷气发动机-火箭动力公司将研制用于登陆火星的电力推进系统。该电力推进系统将用太阳能作为动力源,其燃料效率有望达到现有化学推进技术的10倍,而推进能力将达到现有电力推进系统的约2倍。据称,这种先进的电力推进系统“将显著提高美国商业航天能力,并使得深空探索任务成为可能”。

1000美元

美国亚利桑那州立大学地球和太空探索学院的研究人员近日研制出一款轻巧的迷你卫星“FemtoSats”,边长仅有3厘米,重约35克,还不到一部智能手机重量的1/3。这款卫星具备了推进装置、成像、通信系统和数据采集设备,依靠太阳能电池板供电,还可进行模块化组装。更重要的是,这款迷你卫星的发射成本更低,仅需1000美元就可被送往国际空间站,开展微重力和其他空间实验。

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