2017諾獎物理獎兩位得主講述：

發(fā)現(xiàn)引力波

一場四十年的“打賭”

從去年開始位居《科學(xué)》《自然》雜志年度十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)榜首，到今年諾獎物理獎獲獎領(lǐng)域,，被稱為“時空漣漪”的引力波由于證實了愛因斯坦百年前的預(yù)測,，拓展了人類的科學(xué)知識邊界，成為當(dāng)之無愧的“科學(xué)網(wǎng)紅”,。

2017年諾獎物理學(xué)獎兩名得主,，在引力波領(lǐng)域的“大神級”科學(xué)家雷納·韋斯(Rainer Weiss)、基普·索恩(Kip Thorne)更是在斯德哥爾摩諾獎頒獎后,，家也沒回,，就直接帶著諾獎獎牌和行李來到中國。

日前在北京,，未來論壇舉辦的“理解未來”講座上,，兩名平均年齡超過80歲的科學(xué)大咖，講述了他們?nèi)松?0年與引力波不得不說的故事,，以及對時空穿越,、宇宙緣起的看法。

文,、圖/廣州日報全媒體記者王丹陽

“1604年,，中國宋朝，那顆超新星爆發(fā)照亮了天空,，沒人明白為什么所有中國人看到了,，歐洲人卻沒看到。也許他們沒看,，也許都喝醉了,，誰知道吶?！?/p>

德裔2017諾獎物理學(xué)獎得主雷納·韋斯戴著圓形漸變花紋眼鏡,，純白頭發(fā)，禿頂,，不時冷幽默地從引力波雙中子星合并產(chǎn)生金子,，補充超新星爆發(fā)可以產(chǎn)生重元素的科普故事,。

優(yōu)化探測器敏感度

85歲諾獎得主爬進(jìn)真空管

85歲的雷納穿著米麻色oversize西裝外套，淺藍(lán)襯衫,，黑長西褲,、棕皮鞋,、藍(lán)白色的襪子,。這身穿著與他在諾獎官網(wǎng)上照片一模一樣，連手表都是同一塊,。他就像從諾獎現(xiàn)場,，時空穿越而來。

12月19日傍晚,，北京師范大學(xué),，來聽講座的人提早2小時就在寒風(fēng)中排起長隊，但只有幸運的100多人能進(jìn)到現(xiàn)場,。

令進(jìn)入現(xiàn)場的觀眾敬佩的是,，這位85歲的科學(xué)家，為了解決一些實際問題,，現(xiàn)在還會親自爬到引力波探測系統(tǒng)LIGO(全稱為“激光干涉引力波天文臺”)的管子里,。

LIGO系統(tǒng)由兩個相距1865英里，且完全相同的探測器組成,。每個探測器包含由兩個長度為4公里的真空管,，布置成L形，科學(xué)家們通過真空管來發(fā)射激光束,。每束激光到達(dá)真空管末端后,，會被鏡面反射，并沿相反路線返回,。

根據(jù)公式計算,，如果被探測的引力波的波長是4公里，那么用激光測量所有波長的數(shù)據(jù)則是在4×10的負(fù)18次方的長度,。

雷納·韋斯爬進(jìn)長達(dá)4公里的真空管,，正是要優(yōu)化儀器敏感度?！斑@要比測量用的光波的波長要小得多,，非常有挑戰(zhàn)?！彼f,。

用40年證明

牛頓錯了愛因斯坦對了

引力波從何而來？雷納·韋斯為何會想出設(shè)置LIGO裝置,？

你我熟知的一個民間故事：牛頓坐在一棵樹底下,，被蘋果砸了,，由此有了靈感，發(fā)現(xiàn)了萬有引力,。

在330年前,，科學(xué)家牛頓提出了著名的“萬有引力定律”，直到今年學(xué)校里都在學(xué)習(xí)這個物理史上的著名理論,。牛頓認(rèn)為,，任何兩個有質(zhì)量的物體之間存在萬有引力，而且物體之間引力的傳遞不需要時間,。這就是為什么地球圍繞太陽轉(zhuǎn),，為什么樹上的蘋果會落地。

但在100年前的愛因斯坦看來,，牛頓錯了,，錯在兩點。第一是在高速運動的大質(zhì)量天體周圍牛頓引力是不足夠的,，比如著名的水星進(jìn)動問題,；第二是牛頓引力里面引力不是以有限速度傳播的，像其他信息一樣,，在1905年的狹義相對論中所提到的,，引力的傳播速度是不能超過光速。

1916年,，愛因斯坦提出了廣義相對論,，并預(yù)測了引力波的存在。由于無法實驗證實,，愛因斯坦自己對引力波也并不一直堅信,。愛因斯坦曾看著他的引力公式說道：“所要研究的數(shù)字和維度都太小了，小到不會對任何事物造成影響,，也沒有人能夠測量,。”

1967年,，當(dāng)時的麻省理工物理學(xué)主任雷納要設(shè)計一門有關(guān)廣義相對論的課程,，他想到了用100年前沒有的激光來證實愛因斯坦的預(yù)測。

而這一切,，直到2015年人類首次發(fā)現(xiàn)引力波,，整整花了40年。

雷納風(fēng)趣地說,，雖然他堅信自己會成功,，但愛因斯坦在投稿預(yù)測引力波后，也曾一度反復(fù),。

當(dāng)時,，愛因斯坦投稿的第一家雜志社匿名評審認(rèn)為該論文需要修改,，不宜發(fā)表。因此,，愛因斯坦就另投了一家雜志,。但論文發(fā)表后，愛因斯坦也曾一度悲觀,，想撤下自己的論文,，并宣稱引力波并不存在。幸虧當(dāng)時有一名普林斯頓大學(xué)的副教授,，聽說此事后,，找到愛因斯坦,，提出了論文的修改方式,，才使得愛因斯坦的引力波最終保留。

有意思的是,，雷納說,，幾十年后，匿名科學(xué)論文評審名單解密,，那名勸說愛因斯坦保留引力波論文的大學(xué)副教授,，正是他第一次投稿不主張發(fā)表引力波的匿名評審。

理論物理學(xué)“大神”

他是與霍金對賭的“背景帝”

相比雷納·韋斯是LIGO實驗設(shè)置的負(fù)責(zé)人,，另一名2017諾獎物理學(xué)獎得主基普·索恩則是理論物理學(xué)家,。計算引力波的4×10的負(fù)18次方的長度，正是基普年輕時推算出公式的一部分,。

戴著飛行員形的近視眼鏡,、光頭，花白胡子的基普說,，自己標(biāo)志性的黃白胡子是老后才留的,。在早年照片中，他是一個不戴眼鏡,，穿機車皮衣的嬉皮青年,。

1962年到1965年，基普在普林斯頓大學(xué)讀博士,，他的導(dǎo)師是“黑洞”名詞的發(fā)明者Bob Dicke,。雷納當(dāng)時則是Bob的博士后。

直到1972年的時候,，雷納推出了一個怎么去探測引力波的提案,，當(dāng)時發(fā)表在一份麻省理工學(xué)院內(nèi)部的學(xué)術(shù)期刊，并沒有對外發(fā)表,。

基普回憶,，雷納的提議非常吸引人,，他想剝除所有的噪音，把注意力都關(guān)注到引力波的探測上來,。甚至論文還描述了探測器的精度,、敏感性有多高，才能夠探測到引力波,。

基普的博士論文就是從雷納的文章里面找到了靈感,，但他寫的并不是引力波?！拔覀€人其實還是比較保守的,，我不想要想法太瘋狂?！?/p>

隨后,，基普開始了幾十年的引力波的理論研究。與他一起共事過的北京師范大學(xué)天文系副教授張帆說,，基普對科學(xué)追求非常有恒心,，他經(jīng)常在半夜或凌晨發(fā)出郵件。

在中國,，在獲得諾獎前,，基普出現(xiàn)在大眾面前是因為與好友霍金的“對賭”照片中的“背景帝”。作為一生摯友和同行,，基普曾與霍金打賭,，是否有黑洞存在等多個物理問題。

結(jié)果,，這場比賽,，基普贏了。至今,，他的辦公室外還掛著與霍金的“對賭”契約,。

時空穿越不大可能

《星際穿越》里的引力波

但在時間旅行上的研究，基普與霍金卻出奇地一致,。

幾年前,，基普的生日派對上，曾有人說一個證實沒有時間旅行的有力證據(jù)是未來的基普沒有穿越回來給自己祝壽,。

基普說,，他在現(xiàn)有理論下進(jìn)行了大量計算得到的猜測，結(jié)論是時間穿越被允許的概率很小,，但不能確定,。

時光旅行是一個物理過程，是彎曲時空中的量子場論計算。不論如何制造時光機器,，制造者都會在那個機器開啟的一瞬間摧毀它,。

在現(xiàn)有理論下，當(dāng)機器開啟后,，第一個穿越回到過去的是光或真空的量子起伏,，它穿越回去以后再來一圈就變成四倍都集中在同時同地，虛擬粒子密度不斷增高,，并轉(zhuǎn)化成真正的輻射粒子爆炸,。爆炸很強，又集中在一個很小時間區(qū)間,，現(xiàn)有的物理理論已經(jīng)不適用,，必須轉(zhuǎn)而應(yīng)用量子引力的定律，但我們現(xiàn)在還不理解這些定律是什么,。

基普介紹,，霍金則是獨立于他也在研究這個問題，他們翻來覆去爭論這個問題爭論了一兩年,。最后,，兩個人都同意，可能與否取決于量子引力,，爆炸強度是有可能在量子引力變得重要之前毀掉時光機的。

所以,，有關(guān)時光機器的結(jié)論是,，在量子引力被搞清楚前，人類無法知道問題的答案,，量子引力也主導(dǎo)宇宙的出生和黑洞的內(nèi)部,。

基普幽默地說，霍金是科學(xué)界最聰明的人,，比他有深度,，但他自己算是“比較優(yōu)秀的人，好歹我還能跟得上他的思路,?！?/p>

在演講中，基普·索恩也講了兩部科幻電影里的引力波,。但同是諾獎得主的雷納表示這兩部電影他都不太理解,。

一部是《盜夢空間》里的世界，“場景很難理解,，但如果你看了5到10遍電影,，你會發(fā)現(xiàn)影片里其他地方的對話會講了你想要了解的東西。”基普說,。

另一部則是《星際穿越》里的第五維世界,，當(dāng)庫珀和安妮·海瑟薇飾演的布蘭德在水星球上游騎兵號飛船上的時候，剛剛有一個大浪過去了,，他們正在等下一個大浪時,，有一個冷靜的對話。布蘭德猜測了第五維中會發(fā)生什么事,，她說了五維空間是唯一信號可以回到過去的地方,。這就是引力波的應(yīng)用。

至于宇宙的起源,，基普預(yù)測,，至少在2050年左右，可以探測到原始引力波,，到時候,，便能揭秘宇宙的起源。