Barry Barish獲諾獎：他曾在混沌大學這樣解讀引力波
10月3日，2017年諾貝爾物理學獎揭曉。
曾經在混沌大學授課的Barry Barish教授與Rainer Weiss、Kip Stephen Thorne一同被授予了這個獎項。
三位科學家的獲獎理由是他們對LIGO探測器和觀測引力波的決定性貢獻。
2016年2月12日，激光干涉引力波天文台（LIGO）對外宣布，LIGO發現了引力波。
2016年11月，在LIGO的建造和交付中發揮了重要作用的Barry Barish來到混沌大學，分享了關於引力波被發現的過程。
事實上，早在100年前，愛因斯坦就預測了引力波的存在。但他同時說：我不認為人類可以測量它。100年後，LIGO是如何完成這個不可能完成的任務的？引力波這種普通人根本看不到的現象，對於人類而言到底意味著什麼？
Barry Barish在混沌大學的課程內容，可以解答你心中的這些疑惑。
授課教師｜Barry Barish
2017年諾貝爾物理學獎獲得者，加州理工學院物理系林德名譽教授
大家好，非常高興大家來聽我的分享。我會在接下來的內容里提到一些LIGO、黑洞、愛因斯坦、引力波這樣聽起來很高深的概念，也許你們會覺得非常難以理解，但是沒關係，你們只要聽一下我講的一些主要的概念就可以了。
Barry Barish 在混沌大學授課
被愛因斯坦提出又否定的引力波
是如何被LIGO發現的？
一個穿越了13億年來到地球的貴客
早在100年前，愛因斯坦就預測了引力波的存在。但他同時說：我不認為人類可以測量它。在愛因斯坦自己提出引力波存在之後的20年，他自己又寫了一篇題為《引力波真的存在嗎》的論文，來否定自己之前的想法。
是什麼讓世界上最聰明的科學家如此糾結，我們首先來看一下，LIGO觀測到的引力波到底是什麼？
上面這張圖就是LIGO探測到的引力波圖形。順便說一下這個圖形在美國已經非常地流行了，這個圖案被印在年輕人的T恤上，我們相信在中國也很快會流行起來。
這三行圖形分別代表什麼意思？
第一行是我們設置在Hanford（漢福德，華盛頓州南部城市）的探測器探測出的引力波圖形，中間這個是設置在Livingston（利文斯頓，位於距離漢德福3000公里以外的路易斯安娜州城市）的探測器探測出的圖形。最後一個是把兩者疊加，我們看到了7毫秒的波形偏離。
根據我們的計算，這一波引力波先到達了利文斯頓（Livingston），經過7毫秒的時間差之後到達了漢福德（Hanford）。
這個引力波是如何產生的？這個故事始於13億年前，那個時候地球上的生物正在從單細胞生命向多細胞生命過渡的階段，人類還不存在。
在人類還沒有出現的這個時候，宇宙中發生了這樣一件事情。
在宇宙中出現了兩個黑洞，我們看到這兩個黑洞的大小不太一樣，因為它們兩個的質量是不一樣的。
說到這裡還必須給大家解釋一下什麼叫黑洞，黑洞是如何產生的？
大家也許聽到過一個叫做「超新星」的詞。比如說太陽，太陽是一個不停進行核反應燃燒的天體，核反應會釋放能量，能量能夠讓星體非常熱，溫度適宜的時候除了能夠創造生命以外，還能使天體的分子膨脹，被向外推出，與此同時，物體的重力又會把分子推進來，所以這裡面形成了一種微妙的平衡，因此天體是在燃燒和引力之間的一個平衡。
但是核反應是需要燃料的，燃料最終是會被燒光的，比如這個天體可能先燃燒最輕的部分，接下來燃燒稍重一點的部分，但是最後這個燃料就沒有了。
一旦燃料枯竭之後，這個天體就會塌陷。
有很多天文學家在觀察天象的時候，會突然間看到天空中出現了一顆非常明亮的星星，但是過幾天，就發現這個星星明顯變暗，再過一段時間就已經消失了。這就是我們所說的「超新星」。
如果這個星體足夠大，假設它比太陽還要大個三到四倍的樣子，如果這個星星塌陷了，因為它的質量特別大，突然塌陷到一個面積極小的地方，這裡面就會產生一個非常大的引力，這個引力如此之大，以致於所有進去的東西都不可能再出來了。這個地方就叫做黑洞。
OK，那我們回到13億年前的這個故事，這裡有兩個黑洞，它們的直徑大約在50公里-60公里，大概比北京的面積還要小，它們之間的距離是幾百公里，不到北京到上海的距離。
每一個黑洞的質量都是太陽質量的30倍，不是地球，是太陽的30倍，這麼大質量的東西被存放在北京面積這麼小的面積里，形成了一個非常緻密的天體。
這兩個天體在它們圍繞著彼此互相旋轉的時候，通過輻射引力波而損失能量，最後發生了碰撞，合併成一個巨大的黑洞。
在這過程中產生的引力波在宇宙中進行了很長很長時間的旅行，在13億年後，終於到達了地球。引力波經過地球時帶來了時空的扭曲，地球在時空的扭曲中會出現高矮胖瘦的變形，你會發現地球在改變形狀，高一點、胖一點、高一點、胖一點......
當然我們人類在地球上是看不到這種變形的，但是如果我們建立起足夠緊密的工具的話，把這個工具放在地球上，你就能探測到引力波，正如LIGO所做的那樣。
為什麼要研究「引力波」這種微不可測的現象？
新技術是極其寶貴的資源
它和我們人類的產品技術息息相關
引力波的研究是物理世界知識的邊緣，聽起來好像特別抽象，無法應用，好像不是什麼需要大家知道的事情。
但是我會給大家舉兩個例子，幫助大家了解，我們為什麼要做這方面的科學？歸根到底其實是，新技術是非常寶貴的資源，它和人們經常做的開發性公司息息相關。
愛因斯坦相對論和GPS
愛因斯坦在1916年就提出了關於廣義相對論的體系，當時甚至沒有多少科學家明白什麼是廣義相對論，這的確是一個非常難的主題。事實上，科學能夠抽象到這個程度，可能就到了盡頭了。
但是廣義相對論可以有一些非常好的應用，有一個就是平時大家會經常使用的GPS。
GPS就是用六個衛星去定位你的位置在地球上的哪裡。它依靠衛星裡面的原子鐘提供的精確時間來實現精準定位。
根據愛因斯坦的狹義相對論，高速移動物體的時間流逝要比低速物體的時間流逝要慢。每個GPS衛星時速為1.4萬公里，因此衛星原子鐘每天要比地球上的鐘慢7微秒。
但是廣義相對論認為引力對時間施加的影響更大，GPS衛星位於高空大約2萬千米的地方，它所受的重力只有地面的四分之一，因此，時鐘每天要快45微秒。
兩者綜合的結果是，衛星時鐘每天大約比地面鐘快38微秒。這些在地面上走的極其精確的鐘錶到了高空走得非常不準，導致地面上的定位出現了非常嚴重的誤差。
當這項誤差得到了糾正以後，我們會非常吃驚地看到你可以在路面上很快地找到你要去的地方。所以GPS這樣一種非常常見的現代技術的應用，就是因為100年前，愛因斯坦提出了相對論的概念。
激光和CD
另一個故事是關於激光。
激光來自於哪裡呢？激光的歷史並不長，它是50年前才被發現的，最初的目的是為了激發物體的特性。
當人們發現了激光之後，人們只是知道了有了這種東西，但是並沒有作為一種工具，只是在10年或者是20年之後，才有一個人想到了這種東西可以有應用。第一個應用就是用這種強大的光束去進行物體切割。
今天我們的CD播放器等等都可以使用激光，CD產業已經成為了200億美元的現代產業。
「引力波」將開啟宇宙大航海時代
新技術的意義在於技術會推進技術
並最終演化成產品
長期來看，我們認為引力波會改變我們探索宇宙的方法。
我們以前研究宇宙的方式都是用電磁波的方式，以後我們就可以利用引力波設備對宇宙進行更低頻的研究，去發現大爆炸時的宇宙情況，從長期來講，我們看到引力波可能帶來的未來非常令人興奮。在今後幾十年或者是一百年，就像是開啟了一個新的宇宙大航海時代。
引力波會不會影響到現實生活，我沒有辦法預測。我不知道是不是下個月就會有這方面的應用。我認為，引力波可以用於通訊，和其他的行星進行對話等等，但是現在我沒有辦法作出預測，要等下一代人來實現。
我能告訴大家的就是，我們越多地理解這個物理世界，我們就能夠更好地掌握這個物理定律，改變我們的生活。這就是我們為什麼要持續去推進新技術的原因。我們開發出來的技術會越來越推進技術，並且最終會變成產品。
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