陳雁北

　　50年前，引力波探測是一個高風(fēng)險的方向。今天的成功，是50年來不斷積累后一個看似隨機，但又有其必然性的事件。

　　無論如何，我們需要承認(rèn)，在引力波探測成功之前的那半個世紀(jì)，這個研究方向?qū)η把丶夹g(shù)和基礎(chǔ)科學(xué)已經(jīng)起到了重要的推動作用。在“引力波天文學(xué)之父”約瑟夫·韋伯開始進(jìn)行實驗時，全世界曾經(jīng)掀起了共振探測器的熱潮，遺憾的是，他們沒能成功探測到引力波。然而，在這個過程中麻省理工學(xué)院的萊納·魏斯和其他人卻認(rèn)識到，探測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，萊納·魏斯的計劃是有很大風(fēng)險的，因為這一設(shè)想已大大超過了當(dāng)時的技術(shù)水平。盡管今天的引力波探測器使用的是高穩(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)、極低的機械損耗懸掛系統(tǒng)，并且在多個自由度的控制上，采用了數(shù)字控制系統(tǒng)。這些固然得益于近年來技術(shù)的飛速進(jìn)步，但美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）的科學(xué)家們因觀測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)計分析。對引力波源的探討，從最早的超新星爆發(fā)，到后來以雙中子星、雙黑洞合并作為目標(biāo)。這一過程中，人們對愛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，人們才開始認(rèn)識到黑洞的很多性質(zhì)，并且論證了愛因斯坦方程可以使用的初始條件，即時間演化的求解方法；90年代末，微擾論的計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)值相對論才逐漸成熟。

　　在我看來，引力波探測發(fā)展的50年，實際上已經(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，美國國家科學(xué)基金從開始資助LIGO，就一直很重視引力波的研究，甚至專門開辟一個新的部門，對引力波領(lǐng)域的科研經(jīng)費給予了保障。第二，加入這個高風(fēng)險領(lǐng)域的科學(xué)家，都具有勇于開拓的氣質(zhì)。對于他們來說，探測引力波固然是一個目標(biāo)，但是他們從自己的科研進(jìn)步中找到了自我的價值。第三，美國的科技產(chǎn)業(yè)界，接收了這個領(lǐng)域訓(xùn)練出來的人才，讓他們用更直接的方式為社會作出貢獻(xiàn)。

　　50年來，引力波研究確實也培養(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人類歷史上最勇敢的科學(xué)探險之后，轉(zhuǎn)入其他科技行業(yè)，對社會作出了更直接的貢獻(xiàn)。在這次慶祝引力波探測成功的活動中，我碰到了三個曾經(jīng)在引力波領(lǐng)域工作過的人才。第一個是大衛(wèi)·李博士，他早年在引力波探測領(lǐng)域一位資深專家的指導(dǎo)下進(jìn)行引力波探測中檢驗相對論的研究。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)的校董事會主席。第二個是山姆·魏德曼博士，在LIGO受過多年實驗物理訓(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發(fā)。他帶領(lǐng)的小組首次使得私營公司的商用空間飛行器“龍飛船”為國際空間站運送貨物。第三個，是一個更年輕的學(xué)生賽斯·哈德曼，在我的科研小組里面學(xué)習(xí)數(shù)值相對論后，進(jìn)入了美國初創(chuàng)公司Hyperloop任“懸浮工程師”。他跟我說，不久的將來，會有15分鐘就能從洛杉磯到舊金山的超高速火車，這段旅程的票價只需15美金。

　　引力波探測是人類文明的重大進(jìn)步，給科學(xué)家開辟了新的研究領(lǐng)域。很多人說，美國國家科學(xué)基金會終于可以松口氣，給納稅人一個交代了。開辟這個新領(lǐng)域的老科學(xué)家們，也許可以在垂暮之年獲得諾貝爾獎，等他們領(lǐng)獎時，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，他們并非一開始就如現(xiàn)在這般滿頭白發(fā)，在他們開創(chuàng)這個領(lǐng)域的時候，還都是中青年科學(xué)家。那個時候，他們不知道能不能獲得諾貝爾獎，甚至連院士都不是。但是，他們大膽的設(shè)想得到了美國政府和科學(xué)界的信任和支持，最終以開拓的精神和毅力，成就了科學(xué)的夢想。

　　寫到這里，我想起一個發(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，參與了國內(nèi)某省創(chuàng)業(yè)基金的申請。在申請表上，赫然有這樣一個選項：“是否院士或者諾貝爾獎得主”，在選擇了“否”以后，我心里卻對這個問題產(chǎn)生了一些感觸——在科技創(chuàng)新的潛力上，院士和諾貝爾獎得主是否就一定可以超過青年科學(xué)家呢？

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