2017年諾貝爾物理學獎，屬於研究引力波的 3 位美國科學家

周二，麻省理工學院教授雷納·韋斯（Rainer Weiss）、加州理工學院教授基普·索恩（Kip Thorne）和巴里·巴里什（Barry Barish），因引力波探測榮獲諾貝爾物理學獎。引力波是一種時空波動，一個世紀以前阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）就預言了引力波的存在，但此前我們從未直接探測到這種波動。

2016 年 2 月，一個由物理學家和天文學家組成的國際合作組織發表聲明稱，他們記錄下了 10 億光年外兩個巨大黑洞互相碰撞時發射出的引力波，引起了全世界的矚目。他們的研究成果證實了愛因斯坦很久以前的預言：當巨大天體帶著它們的重量旋轉時，時空會像碗里的果凍一樣發生震蕩。這一預言讓天文學家們得以與最深層的物理現實近距離接觸，接觸空間爆炸和無形的災難。

這個國際合作組織名為 LIGO，全稱「激光干涉引力波天文台」（Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory）。85 歲的韋斯博士、77 歲的索恩博士和 81 歲的巴里什博士，以及今年剛去世的加州理工學院教授羅恩·德雷弗（Ron Drever）是該組織的發起者兼創始人。

周二，諾貝爾物理學獎在斯德哥爾摩瑞典皇家科學院頒發。引力波的探測被形容為「震撼世界的發現」。攝影：Artist"s rendering/Simulating eXtreme Spacetimes

1994 年至 2005 年間，巴里什博士負責領導這個項目。他重組了原本有才氣、有雄心但卻進展不順的項目，把它變成了一個管理有方的「大科學」（Big Science）項目，為項目最終成功奠定了基礎。

1916 年，愛因斯坦提出廣義相對論，指出物質與能量會扭曲時空的幾何形狀，就像一個沉重的人睡在床上讓床墊凹陷下去一樣，我們所謂的重力也就是由此產生的。他的等式描述了一個擁有動態時間、空間的宇宙。時空可以延伸、擴展、撕裂、塌陷為黑洞。（黑洞密度很大，即使光也無法逃離。）某種程度上令愛因斯坦不快的是，這個等式預示，宇宙是由我們如今稱之為大爆炸的現象膨脹演變而來的，此外它還預示，黑洞等巨大天體或其他行星死亡後殘留的高密度物質會引起時空波動，產生引力波。

這些波動經過時會沿正交方向拉伸、壓縮空間，就像聲波壓縮空氣一樣。不過，科學家一直沒能直接探測到它們。於是，韋斯博士和當時還在格拉斯哥大學進行獨立研究的德雷弗博士根據其他學者的研究，提出利用激光監測兩面鏡子之間的距離，探測引力波。1975 年，華盛頓一場會議期間，韋斯博士和當時知名的引力理論家索恩博士曾在旅館房間里通宵頭腦風暴，探討引力波實驗。

索恩博士回家後，聘請德雷弗博士前來加州理工學院，協助開發、打造基於激光技術的引力波探測器。與此同時，韋斯博士也正在麻省理工學院做同樣的事。

當時的技術情況對他們很不利。研究人員計算髮現，太空中的典型引力波對鏡子之間距離的改變數級為十億兆分之一，比質子的直徑還小，幾乎無法覺察。韋斯博士回憶起他在美國國家科學基金會（National Science Foundation）向潛在投資人解釋這項實驗時的情形：「每個人都覺得我們瘋了。」

不過最終，美國國家科學基金會還是決定接下來 40 年裡在這個項目上投入 10 億美元，並要求兩個組織合併。基金會之所以要這兩個組織合併，是為了打造一對 L 型的天線，其中一個在華盛頓漢福德，另一個在路易斯安那州利文斯頓。這對天線有著長 2.5 英里的臂桿和世界上最大的真空隧道，激光會在真空隧道里沿臂桿穿過，進而檢測空間的形狀。

1987 年，最初由韋斯博士、德雷弗博士和索恩博士組成的三人領導層被替換，項目交由加州理工學院的羅切斯·沃格特（Rochus Vogt）一人管理。然而項目仍然沒能取得成功，直到 1994 年，加州理工學院教授、有管理「大科學」項目出色經驗的巴里什博士受命擔任主管後，項目才有了起色。巴里什博士重新整頓了這個項目，將項目劃分成了一個個反饋更敏銳的階段，還在全球範圍內創立了一個 LIGO 科學合作組織，聯合各地天文學家、物理學家共同研究、分析數據。

目前正在波士頓大學就職的諾貝爾獎得主謝爾登·格拉肖（Sheldon Glashow）說：「如果沒有他，我們不可能探測到引力波。」

2015 年 9 月，最先進的 LIGO 剛剛啟動使用時，兩個互相碰撞的黑洞產生的震動讓路易斯安那州和華盛頓州的探測器發出了 1/15 秒上升的音調，或者說「啁啾聲」。

這段聲音堪稱進入天文學新世界的「開盤鍾」。那之後，LIGO（近來 LIGO 又接入了一個全新的歐洲探測器 Virgo）又探測到了至少 4 次黑洞碰撞事件，打開了一扇窗戶，讓我們得以了解黑洞未知的全新一面，告訴我們天空中可能還有甚至更加激動人心的事情在發生。

左起： Rainer Weiss, Barry Barish 和 Kip Thorne, 他們是 LIGO 的建設者和領導者。圖片攝影：Artist"s rendering/Simulating eXtreme Spacetimes

韋斯博士 1932 年生於柏林，並於 1939 年經由捷克斯洛伐克來到紐約。讀高中時，他成為了搭建高質量聲音系統的專家。隨後，他進入麻省理工學院，計劃修讀電氣工程。在前往伊利諾伊州追尋一段最終失敗的戀情時，他不小心輟學了。回來後，他去了一家物理實驗室工作，並最終獲得了麻省理工學院授予的博士學位。

索恩博士是在猶他州出生、長大的。他先是獲得了加州理工學院的學士學位，後又在約翰·阿奇博爾德·惠勒（John Archibald Wheeler）的指導下獲得了普林斯頓大學的博士學位。惠勒致力於宣傳愛因斯坦的理論，他創造了黑洞這個術語，還向索恩博士介紹了它們的神秘之處。隨後，索恩表示：「他顛覆了我的想法。」索恩對黑洞的熱忱並不僅限於科學期刊。如今身為加州理工學院榮譽教授的他還曾當過《星際穿越》（Interstellar）的創作者和執行監製之一。這部 2014 年的電影講述的是宇航員在為人類探尋新家園的途中，穿過蟲洞、遇到巨大黑洞的故事。

巴里什博士出生於美國內布拉斯加州奧馬哈市，在洛杉磯長大，在加州大學伯克利分校攻讀物理，獲得了該校的博士學位，並最終加入了加州理工學院。作為「大科學」項目的主管之一，接管 LIGO 前，他領導一支團隊為龐大的超導超級對撞機設計了一個價值 10 億美元的探測器。若非 1993 年被國會取消，這台機器將會是目前全球最大的粒子對撞機。

隨後，巴里什博士領導多國科學家合作設計了國際直線對撞機（International Linear Collider）。如果建成，它將會成為世界上下一台大型粒子加速器。

此次被授予諾貝爾獎後，韋斯博士和索恩博士可以說是獲得了「科學大滿貫」。過去兩年，他們和德雷弗博士一起獲得了一系列久負盛名、獎金豐厚的獎項，包括卡夫利天體物理學獎（Kavli Prize for Astrophysics）、格魯伯宇宙學獎（Gruber Cosmology Prize）、邵逸夫天文學獎（Shaw Prize in Astronomy）和基礎物理學突破獎（Special Breakthrough Prize in Fundamental Physics）。如果德雷弗博士還在世，他也會獲得今年的諾貝爾獎。然而他今年三月剛剛去世，而諾貝爾獎不會追授給逝者。

還有誰獲得了今年的諾貝爾獎？

周一，傑弗里·C·霍爾（Jeffrey C. Hall）、邁克爾·羅斯巴什和邁克爾·W·揚因發現控制人體生理節律的分子機制，榮獲諾貝爾諾貝爾生理學或醫學獎（Nobel Prize in Medicine）。

誰獲得了 2016 年的諾貝爾物理學獎？

戴維·J·索利斯（David J. Thouless）、F·鄧肯·M·霍爾丹（F. Duncan M. Haldane）和J·邁克爾·科斯特利茨（J. Michael Kosterlitz ）被授予2016 年的諾貝爾物理學獎，以表彰他們對超導體、超流體和薄磁場等物質在極端狀態下的奇異特性進行的研究。

還有四項諾貝爾獎將在接下來幾天逐一揭曉：

2017 諾貝爾化學獎將於周三在瑞典公布。

2017 諾貝爾和平獎將於周五在挪威公布。

2017 諾貝爾經濟學獎將於 10 月 9 日周一在瑞典公布。

翻譯 熊貓譯社 錢功毅

題圖來自 視覺中國

2017 THE NEW YORK TIMES

喜歡這篇文章？去 App 商店搜好奇心日報，每天看點不一樣的。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！