2017 年10 月,华盛顿特区,这些科研人员一道宣布了LIGO 探测到的引力波现象。左起:法朗士·科尔多瓦、大卫·雷、大卫·休梅克、乔·范登布兰德、朱莉·麦克内利、马里卡·布兰西和维琪·卡洛格拉
2019年2月14日,美国国家科学基金会以及英国研究和创新中心高调公布了一项总金额为3 000万美元的项目,旨在将激光干涉引力波天文台(LIGO)探测天线的灵敏度提高1倍。2016年,LIGO因探测到黑洞相撞发出的时空涟漪(引力波)而震惊世界。
就在前一天,美国宇航局(NASA)公布了他们的最新天文计划:一颗卫星将以三维和96种颜色绘制整个天空的地图,其中包括数百万的星系、恒星和行星。这个预计耗时2年的项目叫作“宇宙历史再电离时期光谱光度计和冰层探测器”(Spectro-Photometer for the History of the Universe,Epoch of Reionization and Ices Explorer,简称“SPHEREx”),旨在寻找大爆炸背后至今仍不为人所知的神秘力量。
这两项计划的公布都不算什么大新闻,新计划总是层出不穷。就在这一周,NASA还宣布成立跨学科研究网络,名为“生命起源前化学和地球早期环境研究联盟”,旨在指导未来搜寻其他星球生命的行动。2018年,美国国会通过、特朗普总统签署了“国家量子计划”,旨在投入更多资金和人力将量子力学中最精深的部分应用于计算和加密之中。
“经典版”LIGO会在2019年春天的某个时间重新投入使用,寻找宇宙中的引力波,但升级版LIGO,也就是更加先进的LIGO+,在2024年之前都无法面世。而NASA的SPHEREx最早也要等到2023年才发射。
但这些公告的结束时机提醒人们,科学的一个方面很少引起关注。特别是在诺贝尔奖期间,我们为几位英勇的爱因斯坦的灵感和发现时刻鼓掌。然而,科学研究中的许多实际行动其实是发生于科学之外,常常比实验室的神奇成果早上数年,其中的部分工作还是由一群名字不为人知的人员完成的。还有一些参与者往往是知名政治家,例如约翰·肯尼迪(John F.Kennedy)总统在1961年公布了登月计划,他们也因此在人类历史上留下了浓墨重彩的一笔。
对很多棒球迷来说,这项运动最激动人心的部分莫过于所谓的“热炉联盟”(hot stove league,即休赛期)。这个时候,英雄是精明的球队总经理,他们招募、交易、交换、签约、安排球员,球员就像棋子。比如布兰奇·里奇(Branch Rickey),他在1947年为道奇队签下杰基·罗宾森(Jackie Robinson)并把他放到了一垒的位置,从而迈出打破棒球大联盟黑白球员种族隔离政策的第一步。然而,在此之前,里奇故意用言语激怒罗宾森,在确认后者心理足够强大,不会因为必然出现的谩骂、羞辱而还击后才做出了上述决定。最近的例子则是现芝加哥小熊队总经理西奥·艾普斯坦(Theo Epstein),他因重建波士顿红袜队以及芝加哥小熊队而声名鹊起,成为传奇总经理。
这出戏码在大多数职业体育联盟中都会上演,就比如在NBA,总有大量球迷关注着纽约尼克斯队,看着这支球队每年寻找改变选秀权顺位的机会或是苦苦追逐自由身超级巨星加盟。
在科学“热炉联盟”中,情况也是如此。
未来的诺贝尔奖是在国会委员会的听证房间以及庄严的美国科学院专题讨论会上,由手握预算的官员讨论出来的;没有他们的努力,就不会有实验室,也不会有研究经费。这是著名作家迈克尔·刘易斯(Michael Lewis,代表作《弱点》《说谎者的扑克》《魔球》等)在他的最新著作《第五种风险》(The Fifth Risk)中强调的一点。该书讲述了美国能源部、商务部和农业部这样的官僚机构中的公务员维护国家核武器库和气象卫星编队的故事,同时还描述了他们在特朗普政府管理下的痛苦生活。
2019年夏天是人类登月50周年,届时,全世界都会向阿波罗11号以及像尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)、巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin)和迈克尔·柯林斯(Michael Collins)这样的宇航员的勇气与技艺致敬。然而,还有一个人同样居功至伟,那就是1961—1968年间担任美国宇航局局长的詹姆斯·韦伯(James Webb)。
欧洲南方天文台的甚大望远镜(位于智利帕拉纳天文台)拍摄的一幅图片。图中呈现的是NGC4993。我们还能看到这颗巨新星产生的引力波的“啁啾”之声——星系中心正上方稍偏左的一个小点
1967年,阿波罗1号的舱内大火直接导致3位宇航员丧生,此后,韦伯全权负责事故调查,制定了更加严谨的安全标准,之后又批准了阿波罗8号在1968年圣诞节期间执行具有里程碑意义的绕月计划。韦伯于1968年10月卸任,就在尼克松的总统大选之前,但至少有一架望远镜以他的名字命名,那就是屡次推迟发射的詹姆斯·韦伯空间望远镜,这架空间望远镜最后或许等到2021年才能上天。
政治、经济、官僚、地理、历史等因素将决定下一个大型望远镜或大型对撞机建造在何处。在过去的10年,携带笔记本电脑的物理学家不停在日本、中国和欧洲之间的海洋上穿梭,游说同行和他们背后的政府将数十亿美元投入到未来物理学研究之中。等到基本粒子在大型对撞机中呼啸穿行时,推动这些项目的许多科学家都退休了。正如欧洲核子研究中心加速器主管弗雷德里克·博德里(Frederick Bordry)2018年所说:“我现在的工作是在为年轻人铺路。”
2016年2月,LIGO团队的天文学家宣布他们听见了黑暗深处的黑洞之舞,之前鲜有人听说过LIGO的大名。这项发现震惊了世界,首次证实了引力波以及那些“时空死坑”(黑洞)的存在。而LIGO项目的倡导者和领导者、麻省理工学院的雷纳·维斯(Rainer Weiss)、加州理工学院的基普·索恩(Kip S.Thorne)和巴里·巴里什(Barry C.Barish)也因此荣获诺贝尔奖。
当然,在公布发现之时,LIGO其实已经工作了30年,消耗了美国国家科学基金会10亿美元。LIGO的成功是面对自然和专业怀疑时坚持、独创和勇敢的传奇。LIGO的双子天线(位于华盛顿汉福德以及洛杉矶利文斯顿)本质上就是L形的真空管。在真空管内部,科学家利用激光束时刻监测相距2.5英里的两面镜子之间的距离是否发生了变化,以此来寻找引力波存在的证据。引力波会缩小两面镜子之间的距离,尽管这种变化连质子的直径都不到。
说服别人相信这个方法不是简单、快速的任务。LIGO团队将其诺贝尔奖的部分归功于对这个项目持怀疑态度的物理学家和天文学家(他们不喜欢把一项物理实验称作“天文台”),后者非常反对这项计划,反复在研究中和研讨会上诘问LIGO团队,并要求拿出项目有效的实际证据。2016年2月10日,当LIGO团队公开宣布他们记录到黑洞相撞产生的引力波时,全世界看到了他们的回答。
LIGO 两个真空室之一,约有2.5 英里长
巴里·巴里什(左)、基普·索恩(右)以及雷纳·维斯因他们在LIGO 和黑洞方面的研究,获得2017 年诺贝尔物理学奖
当诺贝尔奖宣布的庆典在哥伦比亚大学举行时,我就坐在LIGO项目最猛烈的批评者之一理查德·加尔文(Richard Garwin)身旁,这位在IBM供职、人脉广泛、颇有影响的著名物理学家,他当时高兴得眉开眼笑。
资料来源The New York Times
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本文作者丹尼斯·奥弗比(Dennis Overbye)是美国知名科普作家,《纽约时报》科学编辑,毕业于美国麻省理工学院物理系。他的第一本书《环宇孤心》曾入围“美国国家书评人奖”和“《洛杉矶时报》科学图书奖”,并获得“美国物理科学学会作品奖”