“這個獎有點尷尬” ——2017諾貝爾物理學獎簡析

“這個獎有點尷尬” ——2017諾貝爾物理學獎簡析

位於路易斯安那州利文斯頓的LIGO天文臺中一條幹涉臂的定時曝光照,紅色的光代表引力波。

這是一項革命性的發現:人類打開了認識宇宙的一個全新的窗口,這是極其難能可貴的。

兩年前,當兩個黑洞旋轉著融合到一起時,物理學家們首次探測到太空中散發出來的極其微弱的波紋。觀察到這樣的引力波,印證了阿爾伯特·愛因斯坦於一個世紀以前所進行的預測,開闢了一種探索太空的全新方式。今天,進行這項大型試驗的三位領軍人物獲得了諾貝爾物理學獎。

“這個獎有點尷尬” ——2017諾貝爾物理學獎簡析

麻省理工學院的雷納·韋斯(Rainer Weiss)

“這個獎有點尷尬” ——2017諾貝爾物理學獎簡析

加州理工學院的基普·索恩(Kip Thorne)

麻省理工學院的雷納·韋斯(Rainer Weiss)現年85歲,加州理工學院的基普·索恩(Kip Thorne)現年77歲,兩人於1984年策劃了LIGO項目。巴里·巴里什(Barry Barish)現年81歲,是加州理工學院的粒子物理學家,後來指導了LIGO兩座天文臺的創建工作,兩座天文臺分別位於華盛頓州的漢福德和路易斯安那州的利文斯頓。韋斯將獲得110萬美元獎金的一半,索恩和巴里什分享獎金的另一半。LIGO還有一位重要的創建者——雷納德·德雷弗,但是他與2017年3月7日逝世,享年85歲。根據規定,諾貝爾獎不授予已故的貢獻者。

“這個獎有點尷尬” ——2017諾貝爾物理學獎簡析

加州理工學院的巴里·巴里什(Barry Barish)

其他物理學家認為,引力波是物理學中最重要的發現之一。哈佛大學理論物理學家亞伯拉罕·勒布(Abraham Loeb)說:“這是一項革命性的發現——我們打開了認識宇宙的一個全新的窗口,這是極為難能可貴的。”

然而韋斯稱:他感覺獲得這個獎有點尷尬。韋斯說:“開始時感覺是一種樂趣,到頭來又得了獎金,這讓我難以接受。我認為最合理的觀點是:使LIGO項目得以落成的團隊要大得多,我們只是這個團隊的象徵性人物。”韋斯表示,他已經做好了安排,計劃將這筆獎金捐給麻省理工學院,來支持學生的研究。

引力波的整個概念是令人費解的。1915年,愛因斯坦在他的廣義相對論中解釋說:當質量和能量使時空發生扭曲的時候,就會產生引力,引起自由落體沿著彎曲的軌跡運行。一年後,他預測:如果質量呈現出旋轉的槓鈴狀結構(例如:兩個旋轉的黑洞),那麼該結構應該向太空中發射波紋,這些波紋會以光速穿越宇宙。

要想檢測到極其微弱的波紋,那是一種挑戰。LIGO的L狀干涉儀就像一副直角尺,過往的引力波通常會以不同的幅度拉伸兩條4千米長的干涉臂,通過對干涉臂中來回彈起的激光進行比較,物理學家們可以探測到微弱的區別性拉伸。LIGO的干涉儀可以探測到的長度差異非常短小,達到質子寬度的1/10,000。

韋斯是一個愛搞發明的人,技藝高超。但是,他並不是第一個想到利用干涉儀來探測引力波的人。20世紀60年代,美國物理學家羅伯特·福沃德(Robert Forward)建造了一臺探測引力波的小型干涉儀。然而,韋斯將問題分析得更加徹底,他認識到需要利用數千米長的干涉儀。他還確定了外來噪聲的主要來源,並在1972年一份未發表的報告中解釋瞭如何處理這些噪聲,這份報告成為LIGO項目的基礎。

消除了最初的疑慮之後,索恩開始支持這個項目,迫使加州理工學院進行引力波研究,於1979年聘用了德雷弗。康奈爾大學理論家索爾·圖科夫斯基(Saul Teukolsky)說:此外,索恩還設計出了LIGO的科學目標。例如:早期,許多物理學家認為,最有可能的引力波來源是超新星爆炸。圖科夫斯基說:索恩認識到,成對的、旋轉的中子星或黑洞是更加強有力的引力波來源,他鼓勵實驗員調試LIGO,去發現這些來源。此外,索恩還督促物理學家們收集了一個大型數字模擬目錄,以幫助他們發現數據中潛在的信號。

如果說韋斯和索恩構想了LIGO,那麼正是巴里什使該項目變成了現實。1994年,這個項目停滯不前,國家科學基金會正在考慮將其取消,正當這時,巴里什接手了項目的領導工作。巴里什擴大了LIGO項目的合作,在設計上做出了一項關鍵性更改,監督了整個項目的構建,於2005年退休。加州理工學院物理學家、LIGO項目中最早期的成員斯坦利·惠特科姆(Stanley Whitcomb)說:“沒有巴里什的領導,LIGO項目是不會存在的,這是雷納和基普無法做到的事情。”

巴里什也表示,他不確定該如何看待這個獎項。他說:“項目的絕大部分成就是團隊努力的結果,在這種情況下只對少數個人的工作表示認可,我懷有一些矛盾的感覺。”

儘管德雷弗具有難以相處的性格,1990年被LIGO項目開除,但是許多物理學家仍然認為:如果德雷弗還活著,他會諾貝爾獎的。惠特科姆說:在LIGO的設計中,德雷弗創建了好幾份關鍵的資料,但是他不像韋斯和索恩那麼謙讓。惠特科姆說:“對於韋斯和索恩來講,這將是一個殘酷的現實,因為他們在餘生中不得不忍受這種關注;對於德雷弗來講,也是殘酷的,因為他原本會該獎項的,最終卻無緣諾獎。”

LIGO似乎正在履行承諾。LIGO的首個發現揭示了大小相當於恆星的黑洞在融合時的情形,而黑洞的質量要比理論家原以為的潛在質量更大。上個月,研究人員宣佈:他們又發現了一個黑洞融合的事件,該事件不僅被LIGO探測器所發現,而且還被歐洲首屈一指的探測器——位於意大利比薩市附近最新升級版室女座探測器(Virgo)所發現,這使得科學家們能夠更加精確地鎖定黑洞融合在天空中的位置。正在散佈的傳言說:LIGO已經發現了兩顆中子星在劇烈的爆炸中合併在一起,這一現象也被常規望遠鏡觀察到了。對於眾多的天體物理現象來說,這種“多信使”天文學可以提供前所未有的洞察力。

韋斯指出:LIGO有待發布的件事是個驚喜。他說:“我們尚未發現任何我們根本無法解釋的事件,但我希望會發生這樣的事件。”

相關推薦

推薦中...