兩條短信與中國引力波探測之間的那點事兒

想必大家都已經看到了新聞,加州理工學院、麻省理工學院以及“激光干涉引力波天文臺(LIGO)”于2月11日在華盛頓舉行了記者發(fā)布會,宣布成功探測到引力波的存在。引力波被稱為愛因斯坦廣義相對論實驗驗證中的最后一塊拼圖,是目前物理學研究王冠上的一顆耀眼明珠。

發(fā)布會現(xiàn)場

實際上,在2015年9月14日這個寧靜的夏夜,引力波這神秘的時空漣漪就已經被找到,只是一直未被官方宣布。而耐人尋味的是,人類首次直接探測引力波信號的那一年,正是愛因斯坦發(fā)表廣義相對論一百周年;而宣布捕獲引力波的年份,又恰恰是愛因斯坦根據(jù)廣義相對論推導出引力波存在的一百周年。

此次科學界的重大發(fā)現(xiàn)著實勾起了筆者的一些回憶,遂決定揮就一文加以追憶,并談談中國與引力波探測之間的那些事兒。

幾年前一個陰晴不定的夜晚,當時還是學生的筆者正邊聽收音機邊寫作業(yè)。突然,手機震動了起來,原來是一個朋友的短信。他說中科院建了一個空間引力波探測工作組,中國終于有可能要開始探測空間引力波了!這牛叉項目還被列入了中科院空間科學2050年規(guī)劃云云。

我知道這伙計自幼喜愛天文和物理,當年在小區(qū)里有半吊子神童之美譽,因此對其發(fā)這種短信給我并不奇怪,然而彼時的我滿腦子盡為應試教育材料,研究那條短信半天也只看懂了“中科院”和“中國”兩個詞。因此盡管充分想象到了手機背后友人那激昂的神情,已然變成丈二和尚的我并不明白他高興的原因。

那晚,趁父親早睡,我偷偷上網查閱了資料(為此還被板凳絆倒,摔了個大馬趴,故印象深刻),才發(fā)現(xiàn)這引力波實在是個不簡單的東西?,F(xiàn)挖掘記憶邊敘邊議,與諸位分享。一些細節(jié)(如年份)已經經過核實。

這個,愛因斯坦的廣義相對論認為,引力是大質量天體(比如太陽)對周圍時空產生的扭曲。1916年,他在自己理論的基礎上提出,一個大質量物體若發(fā)生搖晃,周圍的時空便會產生“漣漪”,也就是引力波。這漣漪會以光速向四周傳播。當時的我完全沒弄懂廣義相對論和引力波是怎么回事,只明白了“漣漪”這個比方。

愛因斯坦

1969年,約瑟夫·韋伯宣稱用自制的儀器發(fā)現(xiàn)了引力波。儀器的主要部分是一個大塊的鋁制圓柱體,據(jù)說當引力波穿過這個大鋁塊時,鋁塊就會發(fā)出振動,從而探測到引力波的存在。然而,也許是韋伯老師運氣太差,他的實驗從未被別人重復做出來過,因此無法證明成功。不過,當時正身處文化革命之中的部分中國科學家還是被韋伯的嘗試吸引了。因此當楊振寧1971年首次訪華時,中科院某些人士與楊先生討論過后,認為探索引力波投錢少、意義大,可以搞一搞。在決定搞一搞之后,中國的確取得了一些進展,如陳嘉言先生的成就便在1979年得到了國際認可。

韋伯和他的設備

然而請大家注意,根據(jù)史料,中國決定進行引力波探測的決定大多是建立在與楊振寧的談話上的,從1971年的那番談話到1979年陳嘉言因研究成果被聘為第二屆格拉斯曼廣義相對論國際會議的顧問委員會委員才區(qū)區(qū)幾年光景。我們固然可以說中國學者能力強、韌勁足,但一個在世界物理學界如此嚴肅的科研項目,竟沒有花足夠長的時間去嚴密論證、探討和評估,實在不能不給人以一種中國特色的“一拍腦門就上馬”的感覺。

在同一時期,馬薩諸塞大學阿默斯特分校的約瑟夫·泰勒及其研究生拉塞爾·赫爾斯在1974年發(fā)現(xiàn)了雙中子星,這被視為對引力波的間接驗證。

去年,也就是2015年,在因公采訪曾就職于國內某高校物理中心的一位教授時,筆者偶然得知當年中科院提出探索引力波的想法后,打主力的中山大學卻沒有充分經費和外援,都是自己制儀器、拉隊伍。由于引力波信號微弱,除了陳嘉言先生的一些發(fā)現(xiàn)外,一直沒有得到真正重量級的研究成果。而在陳嘉言因故去世后,科研隊伍逐漸解體。

一個熱切開展的項目,卻連基本的目標定位、人才貯備、后援補給都不明確,最終迅速完結也不足為奇,可見充分的準備和清晰的規(guī)劃對做事的重要當然,很可能當年我們黨和中科院有我們這些局外人不清楚的苦衷或更高屋建瓴的戰(zhàn)略,畢竟筆者不可能掌握所有信息。

而根據(jù)我那位半吊子神童朋友兩年前的考證,中科院高能所和中山大學實際上在80年代末和90年代初就已經停止了引力波探索的嘗試。這和中國當時“有所為有所不為”的戰(zhàn)略思想有關。不知何故,引力波探測被當作“不可為”的部分砍掉了。通過研究資料,我發(fā)現(xiàn)國外的相關研究在20世紀的最后20年也是幾乎停滯不前的,那么中國人恐怕就更不可能盡快取得功績,從而為部分人牟利、為國爭光了吧!趕緊放棄完全是中國思維指引下的“現(xiàn)實的”、“明智的”選擇。

就在中國撂挑子的時候,美國也在為如何對待引力波研究爭論不休。經過無數(shù)明爭暗斗,美國國家科學基金會(NSF)終于在1990年批準了激光干涉引力波天文臺(LIGO)的建造(美國的大批反對派認為,投入巨資搞這種很可能一無所獲的研究很不明智,畢竟連愛因斯坦本人都對引力波的存在與否搖擺不定……)。探測器的建設于1999年完工并于2001年開始收集數(shù)據(jù)。然而,在之后的9年內,LIGO尷尬地一無所獲。2010年它被關閉,但這次關閉不是放棄,而是為了升級設備。

LIGO

時光荏苒,中科院胡文瑞院士在2008年提出重新開展引力波探測,這才有了筆者在那一夜收到的友人短信。

然而,就在我那晚辛苦查完資料打算與朋友討論一番時,我又收到了他的第二條短信:相關人才隊伍早已解體,多年無傳承,臨時拉隊伍,我只抱謹慎的希望。

我看后默然無語。

此后幾年間,我們偶爾會談及國際引力波研究的歷史、進展和LIGO官網的更新,盡管我們都不知為何要就這個話題持續(xù)地談下去。2011年,我在路邊飯館吃飯時無意間在網上看到:“在香山舉行的科學會議上,有專家認為,(我國)探測引力波工程,將可以催生不是一個而是一批諾貝爾獎。”

哦,一批中國諾貝爾物理學獎獲得者。

這次,朋友沒有再興致勃勃地發(fā)短信告訴我這個消息,我也沒問。

時間會改變很多人和事,但也有很多東西頑固地不肯改變,而對其改變抱有希望的人會逐漸氣餒。

2015年7月23日,中國的引力波探測工程“天琴計劃”開始啟動。牽頭這一計劃的中山大學宣布向全球招募教授、副教授、講師、研究員和博士后等人才。這次,中國制訂了更明確的目標:花20年時間分四階段,總投資150億。

然而,就在“天琴”啟動約兩個月后,20年多來一直頑強逆風而行的LIGO就利用升級后的裝備發(fā)現(xiàn)了引力波,并于今年2月官方宣布。

實際上,在聽到官方宣布的消息后,除了為人類進步感到高興外,我的第二反應是:“天琴”怎么辦?盡管圍繞引力波必然還有太多的東西可以去研究和挖掘,但就像香山會議的那位專家所言,中國認為引力波工程能帶來一波諾獎獲得者?,F(xiàn)在頭籌已經被美國人所拔,估計未來很可能會因此獲得諾獎。那么中國還發(fā)不發(fā)衛(wèi)星?四階段計劃做不做調整?人才還引進嗎?撥款還能是150億嗎?該項目會被剔除出2050規(guī)劃嗎?

這些疑問不是一兩個聲明就能解答的,只能靠時間來印證。

當然,LIGO團隊里有不少中國的元素(如德國馬普引力物理所、清華大學博后,LIGO科學合作組織成員胡一鳴先生)。但這些人就算成就再大,也終究不能算作我國官方的成績,終究也不是“天琴計劃”的功勛。盡管他們和已故的陳嘉言先生以及所有致力于引力波研究的中外學者一樣為人類探索宇宙真諦作出了貢獻。

筆者的那位朋友在一年前已經正式投身于物理學研究。我想,明天我會給他打個電話。

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