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引力波探測背后的故事:愛因斯坦都會嚇一跳

www.8037eee.com 2016-02-14 14:50 來源: 新華網

“我們探測到了引力波。我們做到了。”當地時間11日清晨,當美國“激光干涉引力波天文臺(LIGO)”執(zhí)行主任、加州理工學院教授戴維·賴茨在華盛頓宣布這一消息時,擠在美國加州理工學院天文學與天體物理學中心參加同步新聞發(fā)布會的上百名科研人員沸騰了。

長久的歡呼、掌聲和淚水……難怪科研人員這么激動,依照科學家的說法,人類探測到引力波,如同一個失聰的人突然獲得聽覺,從此獲得感知世界的新能力。

1916年6月,愛因斯坦預測了宇宙中的漣漪。  本文圖片均來自網絡

這一天,距愛因斯坦預測引力波存在已有百年。

“我相信愛因斯坦看到今天的結果,一定也會嚇一跳,”LIGO科學合作組織研究成員之一、加州理工學院物理學教授陳雁北當天接受新華社記者采訪時說,“盡管他會因自己在廣義相對論、量子力學、激光等多個領域的貢獻感到欣慰,但百年來物理學已獲得前所未有的發(fā)展。對于人類今天的成就,愛因斯坦一定無法想象。”

2015年9月14日星期一,升級版LIGO探測器剛剛開始運行,來自意大利的博士后馬爾科·德拉戈什便收到搜索引力波信號程序的提示,這個提示他幾乎每天都會收到。然而,這次卻有些不同。兩個LIGO探測器均探測到3分鐘前、在當地時間上午11時50分45秒抵達的一個強度指數高達24的信號,而通常這種信號強度只有10。

1974年首次發(fā)現了脈沖雙星PSR B1913+16,這個星體由2個在近距離軌道里相互纏繞的中子星組成,而且以愛因斯坦預測的速度螺旋式向內靠攏——似乎引力波帶走了能量。

一個小時后,參與該項目的全球相關研究人員都收到了德拉戈什的問詢電子郵件——是否有人注入了這一信號。

然而,這一貌似普通的郵件并未引起大多數科研人員的注意。此前一些類似“假消息”的出現,讓多數研究者沒把這封郵件當回事兒。一名不愿透露姓名的科學家有點不好意思地告訴記者,他每天都能收到好幾百封與LIGO探測器有關的郵件,因此在接到這封郵件后,他直接就將其拖入了“垃圾箱”。

LIGO原型機實驗室專家埃里克·金特羅對新華社記者回憶自己得知引力波可能被探測到的經歷時說:“我們被告知不得聲張,我甚至沒有告訴家人,其實直到今天我們還沒有好好慶祝,我只是在當時偷偷攥了下拳頭,對自己說‘YES’。”

除了時常出現的無價值信息以外,“盲注”也是讓人不敢輕信此次引力波信號的原因。參與LIGO項目的澳大利亞墨爾本大學研究員孫翎告訴記者,在LIGO的正式運行中,有研究團隊會做“盲注”操作,就是偷偷加入一些模擬的引力波信號,讓其他研究者在不知有信號注入的情況下客觀檢驗探測的準確性。

2014年3月17日,科學家們曾宣布他們發(fā)現了原初引力波的證據。

LIGO數據分析負責人之一、加州理工學院物理系教授艾倫·魏因施泰因告訴新華社記者,得到引力波可能出現的信號時,他們的心情通常是矛盾的,一面會想“諾貝爾獎來了?”又會想“恐怕又是盲注,還是睡會兒吧”。

魏因施泰因回憶起5年前自己與一些科研人員聚集在加利福尼亞州帕薩迪納的酒吧內,討論可能探測到引力波的情景。但最終證實,那只是一次盲注試驗。

太多次“打擊”,讓魏因施泰因在去年9月14日深夜收到德拉戈什的郵件時,本能地感到難以置信。

在隨后獲悉沒有研究人員進行盲注試驗后,魏因施泰因檢查了幾千個數據信道,且仍不斷自我質疑。

位于南極的觀測點。

在接下來的日子里,疑似靠譜的引力波信號讓LIGO科學合作組織的1000多名科研人員忙壞了,在全球分布的多個超級計算機開足馬力,進行大量數據驗證。

一些科學家開始忍不住了,美國亞利桑那州立大學的物理學家勞倫斯·克勞斯今年1月在社交網站推特上發(fā)布消息,稱LIGO探測器發(fā)現了引力波,不少媒體也開始發(fā)布消息。甚至將來論文發(fā)表在哪本雜志上也引發(fā)熱議。

與此同時,不少科學家頗有微詞:數據驗證完成前不該輕易發(fā)布消息,類似行為缺乏嚴謹的科學態(tài)度。但從另一個側面可以看出,人們等這一天真的太久了。

2015年10月12日,另一個疑似揭示引力波的信號出現,它被編號為LVT151012。由于這一發(fā)現再次發(fā)生在周一,圈內人士將其稱為“第二次周一事件”。不少人打趣說,看來引力波只發(fā)生在周一。不過,那只是個小小的信號,科學家認為尚不足以稱其為引力波信號。

激光干涉引力波天文臺工作人員正在工作。  視覺中國圖

但這一信號并非不重要,陳雁北告訴記者,從統(tǒng)計學角度來說,引力波不可能是一個極其罕見的事件,盡管小信號LVT151012還屬于疑似狀態(tài),但增加了先前信號的可信度。

最終,翻來覆去把大量數據分析了多遍之后,科研人員“說服”了自己,并向全世界宣布了研究結果。

愛因斯坦百年前預言引力波存在,但也曾認為,由于引力波太過微弱,它無法被探測到。孫翎對記者說:“我們證明了愛因斯坦的正確,另一方面他也說錯了,我們真的探測到了。”

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