穿过时空与国界的引力波

2016年02月17日 07:35 中国青年报
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  黄昉苨

  在7毫秒的时间内,一个信号先后掠过架设于美国东南角与西北部的两个探测器,留下了高低起伏近乎完全相同的波形。一位在德国工作的博士后刚好在运行一个实时监测的程序,一不留心就成了最早注意到了这个“强度很大的信号”的地球人。

  接着,有那么一帮分布在全球各地、签过保密协议的科学家,暗暗地沸腾了。

  “那个事儿是真的吗?”他们互相问。

  这个信号来自南天球。是13亿年前两个黑洞撞击合并瞬间产生的引力波。

  如果没有一百年前爱因斯坦在论文中写下的一段话,可能根本没有人会注意到这阵波动。

  最近麻省理工学院校长发给全校所有师生的公开信通俗地解释了这件事:引力波是一种时空的涟漪,从宇宙中某个引力非常强的地方扩散到地球。

  抵达我们身边时,这涟漪已经甚为微渺。100年前,爱因斯坦在文章中下定了结论:“在所有能想得到的情况下,引力波辐射都可以被忽略。”

  据说爱因斯坦甚至不觉得真的存在着黑洞这种吞噬一切的东西。对他而言,那些惊呆后人的预言都只是纸上的智力游戏,他享受着解谜的乐趣,兴起时信手计算一下“当物质在时空中运动时,时空会怎么改变”,并不指望后人真的能捕捉到那微弱的悸动。

  接下来的半个世纪,甚至没几个物理学家能理解那段话指的是什么。

  哪怕到了现在,世界上最先进的望远镜,都得依赖“光”去观察宇宙。可黑洞并不反射任何光。人类“看”不到黑洞的撞击。只不过,有了最新的LIGO(激光干涉引力波天文台)探测装置,科学家可以“听”到引力波掠过地球,并依据它携带的数据,推断出宇宙另一头,13亿年前曾经发生过的一场黑洞大碰撞。

  这是人类前所未见的新工具。

  事实上,很难说引力波的发现属于哪个国家——全世界多得是为它心醉的人。LIGO的激光技术是德国提供的,探测器来自法国和意大利,出自英国的悬挂减震技术使它“成为有史以来人类建造的最为精妙、灵敏的引力波探测器”,天文台的构思、建造以及运行者来自美国麻省理工学院与加州理工学院。

  LIGO科学合作组织的1000多名科学家来自全球14个不同国家。与此有关的论文在今年2月刚刚发表,其作者也包括清华大学研究者。

  这些人常常约着一块儿讨论问题,在不同的时区里,有人迎着阳光,有人披星戴月。

  “见证这一伟大的历史性突破,更重要的是亲身参与这样的历史进程,我感到三生有幸。”清华大学博士后、引力波研究者胡一鸣撰文感叹。

  心愿未必非得与时代相关。一个日本同行曾告诉LIGO科学合作组织的核心成员、加州理工学院教授陈雁北,他之所以要研究引力波,是觉得捕捉到时空扭曲、发现黑洞,是制造出“机器猫”时光机的第一步。

  陈雁北觉得做实验就像“玩游戏”,实验物理学家喜欢搞激光,理论物理学家爱琢磨点儿问题。

  人类对引力波的研究大约从50年前开始,无数学者前赴后继奔向一个未必存在的结果。

  获得证实的那一刻,LIGO成员,香港中文大学物理系助理教授黎冠峰听到了同行压抑不住的欢呼。“人类在16世纪开始使用天文望远镜,才发现天上并非全都是星星,原来还有银河等超越当时人类认知的东西在。”他说。胡一鸣也提到,如果没有广义相对论,如今我们的手机不可能通过卫星精准定位——虽然在这一切被发现的时候,没有人知道,这些概念“有什么用”。

  “引力波提供看待宇宙的崭新方式”,英国物理学家霍金是这么说的。

  还有科学家感叹:“连这个灵敏度的仪器都可以看到黑洞,以后的日子该多好啊。”

  对宇宙而言,13亿年不算太长。

  当那场南天球的撞击发生时,地球上大多数生命还以单细胞形式存在;当1916年爱因斯坦在笔记中漫不经心地留下那行注释时, “国际主义”还是个缥缈的名词,人类还要把两场天昏地暗的战争打完,电子计算机与互联网的影儿都没见到。他从一个数学公式中意识到的概念,接下来的人类花了一百年才证实它真的存在。

  “它深远地向我们展示了,人类为什么要追索深刻的科学问题、人类是如何探究它,以及为什么这一切如此重要。”麻省理工学院校长在公开信中说。

  也许,当所有见证者都隐没于历史之时,人类依然不会忘记,2015年夏秋之交的某一天,在美国国土截然不同的方向上,两个相隔遥远的探测器先后划出了类似的波形。

  那一刻,人类第一次“听见”了宇宙的未知。

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