陳雁北

　　50年前，引力波探測(cè)是一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)的方向。今天的成功，是50年來(lái)不斷積累后一個(gè)看似隨機(jī)，但又有其必然性的事件。

　　無(wú)論如何，我們需要承認(rèn)，在引力波探測(cè)成功之前的那半個(gè)世紀(jì)，這個(gè)研究方向?qū)η把丶夹g(shù)和基礎(chǔ)科學(xué)已經(jīng)起到了重要的推動(dòng)作用。在“引力波天文學(xué)之父”約瑟夫·韋伯開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，全世界曾經(jīng)掀起了共振探測(cè)器的熱潮，遺憾的是，他們沒(méi)能成功探測(cè)到引力波。然而，在這個(gè)過(guò)程中麻省理工學(xué)院的萊納·魏斯和其他人卻認(rèn)識(shí)到，探測(cè)引力波還可以用大規(guī)模激光干涉的方法，這種方法原理上比共振法靈敏度更高，并且可以觀察很寬頻率范圍的引力波?？稍诋?dāng)時(shí)，萊納·魏斯的計(jì)劃是有很大風(fēng)險(xiǎn)的，因?yàn)檫@一設(shè)想已大大超過(guò)了當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平。盡管今天的引力波探測(cè)器使用的是高穩(wěn)定性的大功率激光、高純度的玻璃、最先進(jìn)的鍍膜技術(shù)、極低的機(jī)械損耗懸掛系統(tǒng)，并且在多個(gè)自由度的控制上，采用了數(shù)字控制系統(tǒng)。這些固然得益于近年來(lái)技術(shù)的飛速進(jìn)步，但美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）的科學(xué)家們因觀測(cè)需要在這些方面也產(chǎn)生了很多需求，為這些需求而進(jìn)行的研究又推動(dòng)了技術(shù)的進(jìn)步。

　　在數(shù)據(jù)分析的方法上，科學(xué)家從最開(kāi)始的在數(shù)據(jù)中尋找脈沖，發(fā)展到大規(guī)模的嚴(yán)格的統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)引力波源的探討，從最早的超新星爆發(fā)，到后來(lái)以雙中子星、雙黑洞合并作為目標(biāo)。這一過(guò)程中，人們對(duì)愛(ài)因斯坦方程的求解方式，也有了質(zhì)的變化——20世紀(jì)70年代，人們才開(kāi)始認(rèn)識(shí)到黑洞的很多性質(zhì)，并且論證了愛(ài)因斯坦方程可以使用的初始條件，即時(shí)間演化的求解方法；90年代末，微擾論的計(jì)算才給出比較精確的雙黑洞引力波，到2005年以后，雙黑洞碰撞的模擬數(shù)值相對(duì)論才逐漸成熟。

　　在我看來(lái)，引力波探測(cè)發(fā)展的50年，實(shí)際上已經(jīng)形成了自成一體的創(chuàng)新系統(tǒng)。第一，在基礎(chǔ)研究層面上，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金從開(kāi)始資助LIGO，就一直很重視引力波的研究，甚至專(zhuān)門(mén)開(kāi)辟一個(gè)新的部門(mén)，對(duì)引力波領(lǐng)域的科研經(jīng)費(fèi)給予了保障。第二，加入這個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域的科學(xué)家，都具有勇于開(kāi)拓的氣質(zhì)。對(duì)于他們來(lái)說(shuō)，探測(cè)引力波固然是一個(gè)目標(biāo)，但是他們從自己的科研進(jìn)步中找到了自我的價(jià)值。第三，美國(guó)的科技產(chǎn)業(yè)界，接收了這個(gè)領(lǐng)域訓(xùn)練出來(lái)的人才，讓他們用更直接的方式為社會(huì)作出貢獻(xiàn)。

　　50年來(lái)，引力波研究確實(shí)也培養(yǎng)了一批勇于創(chuàng)新的科學(xué)技術(shù)人才。他們有的繼續(xù)推進(jìn)引力波的研究，但是也有很多人在嘗試過(guò)人類(lèi)歷史上最勇敢的科學(xué)探險(xiǎn)之后，轉(zhuǎn)入其他科技行業(yè)，對(duì)社會(huì)作出了更直接的貢獻(xiàn)。在這次慶祝引力波探測(cè)成功的活動(dòng)中，我碰到了三個(gè)曾經(jīng)在引力波領(lǐng)域工作過(guò)的人才。第一個(gè)是大衛(wèi)·李博士，他早年在引力波探測(cè)領(lǐng)域一位資深專(zhuān)家的指導(dǎo)下進(jìn)行引力波探測(cè)中檢驗(yàn)相對(duì)論的研究。畢業(yè)后，他在電子通信行業(yè)，金融業(yè)取得了巨大的成果，現(xiàn)在是加州理工大學(xué)的校董事會(huì)主席。第二個(gè)是山姆·魏德曼博士，在LIGO受過(guò)多年實(shí)驗(yàn)物理訓(xùn)練以后，他放棄了芝加哥大學(xué)的教職，投入空間事業(yè)，在Space-X公司主持飛行器傳感器的開(kāi)發(fā)。他帶領(lǐng)的小組首次使得私營(yíng)公司的商用空間飛行器“龍飛船”為國(guó)際空間站運(yùn)送貨物。第三個(gè)，是一個(gè)更年輕的學(xué)生賽斯·哈德曼，在我的科研小組里面學(xué)習(xí)數(shù)值相對(duì)論后，進(jìn)入了美國(guó)初創(chuàng)公司Hyperloop任“懸浮工程師”。他跟我說(shuō)，不久的將來(lái)，會(huì)有15分鐘就能從洛杉磯到舊金山的超高速火車(chē)，這段旅程的票價(jià)只需15美金。

　　引力波探測(cè)是人類(lèi)文明的重大進(jìn)步，給科學(xué)家開(kāi)辟了新的研究領(lǐng)域。很多人說(shuō)，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)終于可以松口氣，給納稅人一個(gè)交代了。開(kāi)辟這個(gè)新領(lǐng)域的老科學(xué)家們，也許可以在垂暮之年獲得諾貝爾獎(jiǎng)，等他們領(lǐng)獎(jiǎng)時(shí)，我們可以再為他們的成就歡呼一次了！但我們不應(yīng)該忘記的是，他們并非一開(kāi)始就如現(xiàn)在這般滿(mǎn)頭白發(fā)，在他們開(kāi)創(chuàng)這個(gè)領(lǐng)域的時(shí)候，還都是中青年科學(xué)家。那個(gè)時(shí)候，他們不知道能不能獲得諾貝爾獎(jiǎng)，甚至連院士都不是。但是，他們大膽的設(shè)想得到了美國(guó)政府和科學(xué)界的信任和支持，最終以開(kāi)拓的精神和毅力，成就了科學(xué)的夢(mèng)想。

　　寫(xiě)到這里，我想起一個(gè)發(fā)生在我身上的小故事。前幾年，我曾作為技術(shù)和科學(xué)顧問(wèn)，參與了國(guó)內(nèi)某省創(chuàng)業(yè)基金的申請(qǐng)。在申請(qǐng)表上，赫然有這樣一個(gè)選項(xiàng)：“是否院士或者諾貝爾獎(jiǎng)得主”，在選擇了“否”以后，我心里卻對(duì)這個(gè)問(wèn)題產(chǎn)生了一些感觸——在科技創(chuàng)新的潛力上，院士和諾貝爾獎(jiǎng)得主是否就一定可以超過(guò)青年科學(xué)家呢？

　　（陳雁北，作者為美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)［LIGO］科學(xué)合作組織核心成員、加州理工大學(xué)教授，是引力波探測(cè)論文的作者之一）