首页 » 引力波:发现爱因斯坦广义相对论缺失的“最后一块拼图” » 引力波:发现爱因斯坦广义相对论缺失的“最后一块拼图”全文在线阅读

《引力波:发现爱因斯坦广义相对论缺失的“最后一块拼图”》第16章 与时间赛跑

关灯直达底部

The Race Is On

罗克斯·沃格特后来说道:“他们肯定会探测到引力波,这是毫无疑问的。但是,这项成果不再属于我,我只能从报纸上读到相关报道。

“我没有遗憾……伤口已经愈合了。对于我来说,这是陈年往事。我现在从事国家安全方面的工作……非常自由,不用受领导的管束。我并不是在为政府打工,向华盛顿的行政部门汇报情况时,我甚至可以说那些将军都不敢说的话……我直言不讳,是因为我有这样做的自由……对于一个85岁的老人来说,这样的工作真是太棒了。

“加州理工学院是我的家,与我有千丝万缕的联系。它就是我的家,我的故乡。现在,有人说我已经不是加州理工学院的一员了……我遭遇过很多挫折,但是每一次,生活都会以这样或那样的方式给予我补偿。当时,我要么辞职,要么被辞退,要么……我真的非常痛苦,非常难过……然而,总有人站出来,帮我摆脱困境。我实在是太幸运了。

“我支持核裁军,但我的工作之一是核武器研究。只要我们的国家和我们的世界真的想要核裁军,我就能处理好这两者之间的关系……我们过去反对极权主义……我从不提倡零核世界……我一直提倡的是保有少量核武器。由于人们相互之间缺乏信任,所以不可能实现零核世界……但是,如果把核武器的数量减到很少的程度,就不会对地球安全构成威胁。现在,只要4 000枚核弹,就可以把地球变成不毛之地。我担心那些疯狂的家伙真的有可能发动核战争,但是,如果他们的核弹数量没有达到4 000枚,而是只有2 400枚,他们就只能毁灭一座城市。尽管这种情况也不是很好,但至少不会毁灭地球。如果他们有4 000枚核弹,地球就将毁于一旦,我希望阻止这种情况发生。作为业内人士,我可以发挥更大的作用。所有人都知道我反对核武器,这是我的信仰。”

两个月之前,由于健康问题,沃格特临时取消了与我的会面。有传言说他在阿富汗遭到了武力袭击。由于他从事的是核武器研究,因此他成为敌人的报复对象。他在袭击中受伤,做了几次手术,但效果都不是很好。他的健康问题好像与脊柱有关,不知道是不是骨折。

“我要感谢这个国家。这个国家对我一直很好,比我的出生国对我好多了。”

我们站在LIGO总部大楼外道别,但话总说不完,腿都站酸了。从大楼陈旧的木门走出来的人都会仔细打量我们。LIGO项目的科研人员向我们挥手致意,但都一言不发,视线从沃格特身上扫过。沃格特希望找到倾诉对象,谈一谈他的研究及初衷,谈一谈他对这个国家的担忧之情。他不需要我的肯定或者赞同,我也不想发表对裁军与阿富汗局势的看法,因为这些话题与本书无关。他说的每一句话都经过深思熟虑,连续几个小时的交谈让我快喘不过气了。对于这个饱受争议的人,我不下任何结论。即使他的政治观点与我不同,我也不发表任何意见。(对于我来说,这或许是一次不寻常的经历。)后来我猜想,美国国家科学基金会的人之所以看了我发给他们的电子邮件,是不是因为我和沃格特的这次会面呢?显然,这个问题无法考证。

沃格特从LIGO科学合作组织辞职(他可能认为自己是被辞退了)之前,他还在另外一个岗位上工作了几年。巴里什没有拒绝他的辞职申请,他说:“他不可能担任非领导职务的。设身处地地说,我也不愿意。”雷纳希望可以和解,他打算把沃格特安排到两个天文台中的一个去工作,以此对他做出的贡献表示感谢,也想翻过这复杂曲折的一页。

我和雷纳在汉福德天文台附近的一家饭店共进晚餐。包厢不小,足够容纳6个人。吃饭时,雷纳回忆起他最后一次看到罗纳德·德雷弗的情景。为了化干戈为玉帛,巴里什在接任项目负责人一职后,废除了所有对罗纳德的禁令,并鼓励罗纳德参与更广泛的LIGO项目。于是,罗纳德加入了LIGO科学合作组织。他开始出席各种会议,还不断地思考如何结合自己的实验室工作为LIGO项目做贡献。通常情况下,他都不发表意见,只是默默地观察,没有任何敌意,仿佛和朋友们出门游玩一般。

2008年春,雷纳在帕萨迪纳出席LIGO科学合作组织的一个会议时,发现罗纳德没有到场。听说大家近期都没见过罗纳德之后,他不禁有点儿担心。心神不宁的雷纳来到罗纳德在加州理工学院的公寓。门开了之后,雷纳看到的是满房间的书和乱糟糟的衣服。走进去之后,他们好不容易找到一小块可以坐下来的地方。罗纳德坐在一把安乐椅上,雷纳则坐在一把硬椅子上面。不知道为什么,雷纳对我讲述了这些细节。同往常一样,他们开始聊LIGO。雷纳告诉罗纳德,一位从苏格兰来的同事的健康状况出了问题。在谈话进行了一个小时之后,罗纳德又一次问起这位从苏格兰来的同事,在听说他的健康状况之后,开始为他担心起来,仿佛他是第一次听说这个坏消息。这让雷纳担心起罗纳德的身体。

在发现罗纳德头脑糊涂、健忘之后,雷纳建议他去看医生,但是罗纳德拒绝了,说医疗费用太贵了。这让雷纳十分担心,他说:“这个家伙在美国举目无亲。他一直没有结婚,也没有朋友。他一个人待在乱糟糟的公寓里,也不去上班。”

戈德莱希也向我讲述了他最后一次看到罗纳德·德雷弗的情景:“最后,我只好把他送上飞机,让他回到他弟弟的身边。现在,他患上了阿尔茨海默病。”说到最后,他的声音变得非常小,不知道是因为要告诉我这个消息,还是因为遗憾。“我帮他买好机票,和他一起上了飞机,把他送到约翰·肯尼迪机场,然后再把他送上飞往他弟弟家的飞机。真让人难过啊!”

1997年,有人请罗纳德谈谈他对LIGO的看法(当时,全尺寸探测器还没有建成)。罗纳德说,人们可能持两种观点:要么认为LIGO是一个巨大的成功,要么认为它纯属浪费金钱。

在“罗纳德事件”的整个过程中,基普与罗纳德一直保持着一种友好但却比较紧张的关系。他对罗纳德技术能力的尊重从未改变。(雷纳告诉我一件非常有代表性的事情。一次,基普正在完成一个复杂冗长的计算,他绞尽脑汁地算了几页纸,而罗纳德轻轻松松就给出了一种图示解法。罗纳德不懂规范的数学运算,但是他可以通过图形找到答案,这给基普留下了非常深刻的印象。)罗纳德经常参加基普组织的团队会议,直到他的健康状况出现问题。尽管这么多年来,基普和罗纳德冲突不断,但是他觉得自己同所有人的关系都不错。他不经常待在校园里,罗克斯·沃格特同样如此,但是他们偶尔会不期而遇。在走廊中遇见时,他们还会停下脚步,热情地聊天。

基普一直期盼LIGO项目可以获得成功。回想几十年来遇到的技术难题、各种突如其来的政治及心理障碍,他仍然觉得不可思议。他一直对未来的成功心存疑虑,但他对艰苦的程度还是估计不足。这些实验人员显然让他感到自豪,这种盛况空前的技术合作(即使算不上一次科学合作)让他容光焕发、赞叹不已。早在40多年前,他就已经预见到了这一幕。多年来,为了确定噪声源的数量,基普和学生们投入了大量时间。他还参与了探测器建造的具体工作,通过分析激光管中的散射光来确定机器的规格。但一直以来,他更擅长、更希望从事的是理论研究,有时还会提出一些猜想。基普认为,他对LIGO最重要的贡献就是“通过与众多同事、学生讨论”并提出了该实验的科学前景。当团队在基普的专业领域内有足够的知识储备,使基普可以脱身去从事引力波声音源的纯理论预测研究的时候,他终于松了一口气。基普还从科学的角度论证了建造高新探测器的必要性,这是他为LIGO做出的最后一个重大贡献。“现在,我变成了一名非常愉快的场外观察员”,每过几个月检查一次最新的灵敏度曲线。他承认自己运气不错,在电影行业开始了他的新事业,为热门电影(比如《星际穿越》)写评论、参与制作,与他的朋友霍金一起出席电影首映式。

罗纳德·德雷弗还在世,但是他的健康状况极其糟糕。他的弟弟在信中告诉我:“罗纳德进护理中心大概两年了,但他还是那么优秀。昨天,我去看望他。我不敢确定,但我觉得他很可能还认得我。”约瑟夫·韦伯已经离开我们了。罗克斯·沃格特从未去过两个LIGO天文台,尽管他之后的每一任项目负责人都向他发出了邀请。雷纳退到幕后,基普还算活跃。在我创作这本书时,德国团队中的比林斯已经101岁了。布拉金斯基的健康状况不稳定,希望可以坚持到高新LIGO探测器完成第一次引力波探测。斯坦利·惠特科姆在印度为LIGO天文台的安全运行保驾护航。格拉斯哥大学的吉姆·霍夫负责为高新探测器提供基础部件,他说:“我们都争取能活到那一天。”

雷纳告诉我:“这样的日子很难熬。”2015年7月,他帮助利文斯顿天文台解决反射镜的问题。这些反射镜的效果正在不断提升,产生的噪声越来越少。8月,他又前往汉福德天文台,检测数字模拟转换器的某些非线性特征。他说:“我觉得,让这套系统完成一次探测是我们的荣誉,也是我们的义务。如果做不到,就说明我们把这个国家引入了歧途。”1916年,爱因斯坦发表了一篇论文,第一次预言了引力波的存在。雷纳希望在爱因斯坦的这篇论文发表100周年的纪念日到来之前取得成果,但是,如果赶不上这个时间节点,那么能赶上爱因斯坦1918年发表的第二篇关于引力波的论文的100周年纪念日,他也可以接受。“我不希望这样,但也可以。”他告诉我,毕竟爱因斯坦的第一篇关于引力波的论文中有一些错误。

第一轮科学运行最好可以完成一次探测,只要能第一次记录下来自太空的声音即可。雷纳说道:“天哪,一定要有效果啊!但是我得告诉你,我真正追求的其实不是这个。如果我们无法探测到强引力场,这台机器就是一个失败的作品……我们一定要探测到黑洞。如能成功,将给我们带来无与伦比的满足感,意味着我们完成了一个伟大的壮举,所有的努力都没有白费。”

6个月以来,雷纳一直在和麻省理工学院的丽萨·巴尔索蒂、马修·埃文斯、纳吉斯·马瓦尔瓦拉(这几名年轻的科研人员也把探索的目光投向了遥远的未来),认真探讨LIGO之后探测器的发展前景。目前,量子实验正在不断取得进展。有人开始讨论建造40千米探测器的可能性,还有人提议将探测器送进太空。在说到他近期的一些想法时,雷纳一副意气风发的模样。他特别指出,合作机制必须进一步发扬光大,现在就应该开始设计新一代探测器。如果等到探测成功之后才启动,就会错失良机,导致这个领域停滞不前。他对未来有一个非常清晰的设想——他的理想得以实现,他们成功探测到的不只是这一代探测器希望探测到的嘶嘶的爆裂声,而是一种截然不同的令人难以置信的声音。他说:“我在有生之年可能无法实现这个理想,但这并不重要。”

在宇宙的某个地方,两个黑洞发生了碰撞。这是自宇宙起源以来威力最大的天文事件之一,释放出的能量相当于1021 个太阳。这么多的能量以时空涟漪,也就是引力波的形式,从正在合并的黑洞向四周传播。

当前,人们正在赶时间、抢进度,希望在高新LIGO探测器完工之前,能够第一次成功地探测到引力波。也许在10亿年前,黑洞碰撞、中子星碰撞或者恒星爆发导致时空荡起了层层涟漪,它们穿越浩瀚的宇宙来到了地球。

在地球不断发生变化的过程中,远古的多细胞生物演变成超大陆上的化石。与此同时,黑洞碰撞的一丝余音踏上了漫漫的时空旅程,向着我们传播而来。当这缕余音途经本超星系团时,地球上正是恐龙时代。当它经过仙女星系时,地球进入了冰川时代。当它来到银河系时,人类正在创作石洞壁画。当它接近地球附近的星团时,工业化将人类社会带入了飞速发展的阶段,蒸汽机出现了,爱因斯坦通过推理,证明了引力波的存在。在我开始撰写本书时,它抵达了半人马座阿尔法星。

在这个历时10亿年的旅程即将完成的时候,一个由数百名科研人员组成的团队正在建造天文台,捕捉来自太空的第一段蓝调。当引力波在太阳系外的星际空间中穿行时,探测器将准备就绪。

引力波接近海王星的时候,我们还有几个小时的时间。当它经过太阳时,留给我们的时间就只剩下几分钟了。灯火通明的控制室里有人值班,她正在利用传统的扬声器系统或者耳机监听探测器的运行情况。当然,她也可以用这些工具取乐。也许,在计算机、风扇、探测器的噪声以及计算机键盘的敲击声的干扰之下,在与控制系统进行了8分钟烦躁不安的交互之后,她也许无法注意到某个似乎与众不同的声音。但是,复杂的计算机算法将实时分析数据流,然后通知数据分析师——最好是在午夜,让他四下找眼镜,或者跌跌撞撞地爬下床。然后,某个人会认真地思考这个触发因素的具体情况,然后冷静地做出判断:“这一次,我们可能真的要捕捉到它了。”

本书是一部引力波编年史,也是为一个异想天开、气势恢宏而充满艰辛的实验项目献上的赞歌!