LIGO研究團隊發現引力波,了解他們背後的故事

激光干涉儀引力波天文台（LIGO）宣布首次直接檢測到了引力波，讓科學家這50年來頂著質疑和壓力的辛苦工作得到了最好的回報。天體物理學家揚娜·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：LIGO研究團隊發現引力波最近才宣布，因此您的專著出版的時間簡直無懈可擊。

萊文：這本書其實比原計劃晚了3年。本來2013年就應該出版的。幾年前我開始寫一本關於黑洞的書，我對這個領域了如指掌。如果您半夜把我叫醒，我腦袋裡想的也都是這些事情。但寫作進行得並不是很順利，因為我被過分地捲入了LIGO的故事裡。這就像是我手頭上有一隻可怕的怪獸。這本書一部分是說明性的，一部分則是敘事，而我縮減了很多敘事成分，因為那裡所寫的都是我的朋友。我不想寫我的這些朋友。基普·索恩是我非常崇敬的一個人，在科學上他對我非常關照，哪怕是在我年輕得還沒有資格贏得尊重的時候也是如此。所以把他當作一個外界個體來寫這種感覺就太奇怪了，這成了我特別難於克服的一個心理障礙。我的編輯對我說：「您為什麼要埋沒這麼好的故事呢？」因為想撰寫一本完全不同的書，我經歷了很長一段時間的煎熬。一旦克服了這個心理障礙，寫作就進行得非常。

LIGO檢測到引力波的那一天，也就是2015年9月14日，我給麻省理工學院的雷納·維斯和加州理工學院物理學教授基普各送了一份列印稿。雷納問道：「如果真的會有重大發現呢？你會重寫整本書嗎？或許您應該再等一等。」但原計劃一直只是再寫一篇後記。對於書本身我沒有改動一丁點兒。如果你知道結局，你不能裝作不知道。書中有多處涉及他們的焦慮，有關LIGO到底會不會成功，投入了這麼多時間卻仍然無法知道是很快會有發現還是要再等個10年什麼的。雷納在8月份還對我說：「如果我們聽不到來自黑洞的信號，這個項目也就失敗了。」可是，如果我知道了真相，這本書就不會有如此的戲劇性。

問：您是什麼時候得知LIGO的檢測結果的？

萊文：他們是在2015年12月份的時候告訴我的。我是他們唯一正式通知的人，這實在是一份殊榮。他們知道我在寫這本書，並且想讓我給這本書寫一個合適的結尾。這是一條私人信息。我看見的第一行是：「來自LIGO的保密通信。」我當時從椅子上跳了起來。我知道我將要讀到的內容會改變一切，但我還不能告訴其他任何人！對於別人的發現，這種感覺總是更加奇妙，因為我自己沒什麼心理負擔。

問：LIGO的發現對您作為一名理論物理學家的工作有什麼影響？

萊文：首先，這次的黑洞比我們預期的要大很多，而且很多人沒有想到我們會首先檢測到黑洞。所以我們這些理論物理學家就開始忙著解釋為什麼LIGO會首先檢測到黑洞，為什麼它們會這麼大。其次，這次事件有一個可能的電磁配對體。

你知道根據聲音想找到你的手機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裡。望遠鏡的視場是非常緊湊的，但是引力波檢測器又處在完全不同的方位。所以LIGO給負責管理這些望遠鏡的科學家送了一張地圖：「我們要檢測的東西應該是在這個方位。」 然後望遠鏡就在地圖劃定的範圍里用自己的最佳能力尋找信號。這些眾多的儀器當中產生了又一個不同的聲音：在觀測到事件的同一區域內看到了閃爍的伽馬射線。因此我們又忙著解釋為什麼兩個黑洞相撞可能會產生光線。它們應當是黑的——這是關鍵。關於這項工作一共發表了12篇論文，沒有一篇是我的。其他人總是比我快一步。我想做點計算，然後放一放，想一想。我可能明年會寫一篇文章。

問：您的書中最令人心碎的故事是關於約瑟夫·韋伯的。這位在20世紀五六十年代使用「韋伯柵」探測引力波的物理學家聲稱在1969年成功探測到了引力波，但是沒有人能複製他的實驗結果。他於2000年去世。

萊文：這是一個可怕的故事，隨之而來的是幾十年的謾罵。這是每個科學家最糟糕的噩夢。我不認為他做了什麼不誠實的事情。LIGO檢測到的信號是非常清晰的波形。你實際上可以聽到這兩個天體，如果把記錄放慢，就可以聽到響鈴一樣的聲音。韋伯的設備只是一個共振儀。它像音叉一樣共振回應。但是它沒有合適的結構。因此他的設備非常容易產生假警報，事實上他的「韋伯柵」會經常響。當時沒有人知道為什麼。如果你在數據里看到峰值，在不同的檢測器之間可以方便地進行比對，但是當時假陽性信號太多了，當時的數據分析又沒有精密到可以消除這種假信號。他認為他從SN1987A聽到了些什麼。或許他真的聽到了，我不知道。但沒有確證實驗，這就是問題。其他人的儀器都很安靜。

這個故事令人心碎，因為我認為他在某些方面是一個偉大的科學家。他與微波激射器的首個概念版本有關，這早於激光。把這搬進實驗室里測量時空的變化，需要純粹的勇氣——當時沒有其他人敢這麼做。他是先驅。他就像歐內斯特·沙克爾頓一樣，被困在了一塊大浮冰上。沙克爾頓的探險攜帶的是錯誤的設備、錯誤的動物、錯誤的食物——當一名開拓者是很困難的。在LIGO的論文里，科學研究團隊向他致敬，我喜歡這一點。他們這樣做很正派。

問：您知道，外界有一個想要「挫敗」LIGO的小型組織，他們堅信LIGO只是一個巨大的陰謀，是渴望名聲的科學家用來欺騙公眾的。

萊文：不是吧？！難道真是這樣嗎？這簡直是歇斯底里。這個檢測到的信號比任何人預期的都要響亮。LIGO確實聽到了，這完全沒有問題。如果非要說哪裡有問題，就是這個信號實在是太清晰了。

問：這個信息太清晰，所以LIGO科學研究團隊不得不嚴肅地考慮它可能是一個惡性黑客攻擊事件——一個被注入的假信號。

萊文：是的。雷納說：「你看，我們想遍了各種可以注入假信號的可能情境，並且自己也嘗試著這麼做了。」整個團隊里只有個別人有足夠的許可權這麼做，他們全都受到了盤問。而且這麼做需要真的安裝些什麼東西，你沒法憑心靈感應完成，因此他們搜尋了小黑盒子一類的東西，就像《犯罪現場調查》里的實驗那樣。然而並沒有找到什麼物理證據。想要偽造一個信號而不被發現是非常難的，而且我不認為研究團隊里的任何人有這麼複雜的犯罪頭腦。事實上，當他們在測試階段故意試著盲注信號的時候，他們有點搞砸：把定向弄反了。

當哈勃空間望遠鏡拍攝到一張照片， 人們不會說：「我不相信這背後的數學。」哪怕這張圖片主要是假色——照片的數據經過了翻譯和分析，還有些東西被減掉了。當你看到這樣的照片時， 只會說：「看吧，就是這樣。」視覺是非常直接的，而且我們總是那麼依賴於視覺。但是如果研究人員把LIGO信號放慢，真的可以清晰無誤地聽到它。我認為最終人們對LIGO信號會跟對哈勃空間望遠鏡、射電望遠鏡拍攝的照片有一樣的接受度。

最數字

580千米

美國航空航天局近日發布的冥王星最新照片顯示，冥王星冰質表面上匍匐著一隻巨型「蜘蛛」，「蜘蛛」至少有6條腿。其實，這是一種極為獨特的地形特徵，「蜘蛛」的腿都是巨大的冰體裂縫，其中最長的一條裂縫長約580千米。美國航空航天局艾姆斯研究中心科學家奧利弗·懷特介紹說，這些裂縫形成的圖案是之前我們在外太陽系空間中從未見過的。

1500年

考古學家近日在蒙古國阿爾泰山脈海拔2800米處發現了一具木乃伊。專家判斷，這具木乃伊可能是公元6世紀的一位突厥女性，身上的服裝和配飾在當時來說非常精緻，花紋很有民族特點。此外，墳墓中還有一些羊毛製成的布匹、衣服、枕頭，和一個羊頭骨。考古學家據此推測，這具木乃伊被埋葬的時間大約在 1500年前。

2倍

美國噴氣發動機-火箭動力公司將研製用於登陸火星的電力推進系統。該電力推進系統將用太陽能作為動力源，其燃料效率有望達到現有化學推進技術的10 倍，而推進能力將達到現有電力推進系統的約2倍。據稱，這種先進的電力推進系統「將顯著提高美國商業航天能力，並使得深空探索任務成為可能」。

1000美元

美國亞利桑那州立大學地球和太空探索學院的研究人員近日研製出一款輕巧的迷你衛星「FemtoSats」，邊長僅有3厘米，重約35克，還不到一部智能手機重量的1/3。這款衛星具備了推進裝置、成像、通信系統和數據採集設備，依靠太陽能電池板供電，還可進行模塊化組裝。更重要的是，這款迷你衛星的發射成本更低，僅需1000美元就可被送往國際空間站，開展微重力和其他空間實驗。

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