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《引力波:发现爱因斯坦广义相对论缺失的“最后一块拼图”》推荐序 引力波关乎你我

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你的职业也许跟科学研究相去甚远,或许你只是出于好奇偶尔翻开了这本书,引力波的字眼你可能只是在新闻报道里听说过。但我想说的是这并不是一本介绍引力波天文和物理的高冷科普读物,实际上它在探讨人、自然与科学的关系。它关乎你我。

发生碰撞的这一对黑洞,一个质量是太阳的29倍,另一个是太阳的36倍。在碰撞之前,两个黑洞相互绕着对方运行,此时,两个黑洞之间的距离仅为数百公里,运行速度非常接近于光速。当它们最终碰撞时,最后变成了一个质量是太阳的60多倍的黑洞,相当于3倍太阳质量的能量瞬间通过时空以引力波的形式光速辐射出去。而13亿年后,地球上的探测器捕捉到了它们运行的最后4圈,只持续了200毫秒,探测器4公里干涉臂的长度发生了相当于质子直径千分之一的空间变化。这一系列的数字的确让我们领略了自然的神奇,人类从没有如此贴近和聆听自然,无论从大尺度的宇宙黑洞,还是甚至要考虑到量子噪声的探测器的微观变化——引力波给我们展现了一幅前所未有、波澜壮阔、叹为观止的宇宙和自然图景。

难道你不觉得,人类自身更神奇吗?1916年,爱因斯坦发表论文预测了引力波的存在;100年后的2016年,激光干涉引力波天文台(LIGO)科学合作组织1 000多名科学家成功实现了引力波的直接探测。100年来人类探索引力波存在的努力从未间断过,而其中经历的种种更是在这本书里娓娓道来,有合作、奋斗与荣耀,也有争执、猜忌和斗争,有血有肉、历历在目。2004年一个偶然的机会,我加入了美国麻省理工学院的LIGO实验室,而在此之前我根本不知道什么是引力波,但从此以后我也从没放弃过对引力波研究的追寻。直到2015年9月14日那个引力波信号到来的时刻,根本没人敢相信那是一个真实的信号,它简单得近乎荒谬,与理论推断得出的引力波没有任何显著不同。人类的理性与自然的神奇在那一刻达成了前所未有的默契,而其中经历的是整整100年的科学探索。LIGO的创始人雷纳说:“最重要的是,我了却了一桩心愿”。2006年,我从麻省理工学院回到清华大学信息技术研究院工作,搞引力波研究多少显得有些不务正业,引力波探测希望渺茫,我参与其中却也乐此不疲,究其原因我也说不太清楚。

自然是什么?人为什么会来到这个世界?每个人都有一颗与生俱来的好奇心。找一个寂静的下午,泡上一杯茶,放松一下你的身心,这是一本值得坐下来好好读读的书。

曹军威2017年6月于清华园