他为爱而辍学,但依旧成为了一名伟大的物理学家

作者: 小雨

来源: 原理

发布日期: 2016-08-09

Rainer Weiss,一位因爱辍学的物理学家,最终发明了LIGO并成功探测到引力波,对科学界做出了巨大贡献。

这是科学史上最伟大的发现之一。利用两个巨大的探测器,科学家探测到了来自两个黑洞合并制造出来的时空结构中的涟漪——引力波。经过了几十年的努力,以及耗资上亿美元,激光干涉引力波天文台(LIGO)终于在物理学史上创造了一次奇迹。虽然这是许多科学家共同努力的结果,但我们今天要把这份荣誉聚焦在一个人身上。50年前,正是他想出了这个绝妙的想法,才有了今天的LIGO。

如果你关注了今年2月的那场引力波发布会,你或许已经猜到,这个人就是Rainer Weiss。在LIGO的发布会上,Weiss解释了探测引力波的原理。1932年,Weiss出身于德国柏林,但是很快的,为了躲避纳粹,他们全家移民到美国纽约城。在青少年的时期,他把全部的热情都奉献给了音乐和电子学。出于对电子学的热爱,他在申请大学的时候,选择了麻省理工(MIT)的电子工程专业。

但是电子工程的课程让他很失望,因为课程的设置主要放在发电厂上,而不是他所期待的hi-fi。于是他转到了物理专业。

在他大三的时候,他完全退学了。原因很简单,他在一次从楠塔基特岛到波斯顿的轮渡上遇到了一位姑娘。他回忆说:“她教我民间舞蹈以及弹奏钢琴。”当她迁移到伊利诺伊州的时候,Weiss义无反顾的放弃了在MIT的课程,跟随她一同前往。如同他回忆所说:“我坠入爱河,并因爱而疯狂”。但是这场奋不顾身的爱情最终以失败告终。于是他重新回到了MIT。

Weiss并不因为中途退学而对自己的前程感到担忧。他说:“人们都说,‘我从大学退学了,我的人生也就因此玩完!’但其实并没有,关于在于你如何应对。”对于他来说,人生才刚刚开始。他在MIT传说中的20号楼找到了一份技术人员的工作,在Jerrold Zacharias的指导下,Weiss在1955年完成了他的学士学位,并在1962年取得了博士学位。

随后,Weiss在普林斯顿大学跟随Robert Dicke做了一年跟引力探测相关的实验,之后又回到了MIT。他在MIT教研究生课程的广义相对论,在此期间他有了一个绝妙的想法,也就是后来的LIGO。在他教广义相对论的课程时,他把主要精力集中在对引力的实验检验上。他偶然发现了一位在马里兰大学的工程师Joseph Weber正在做的东西。在这个实验中,Weber利用一个军用提箱大小的铝瓶尝试探测引力波。

他相信当引力波通过的时候,铝瓶会被拉伸,并使铝瓶像音叉一样振动。Weiss并没有跟Weber做一样的实验,他的想法是利用一个叫做干涉仪的L-型仪器来探测引力波。这个设备可以分离激光束,把两束激光往相互垂直的探测器臂传播。光束会在臂的末端反射回来。如果两臂的长度完全一样,那么激光通过的路程就会完全相同,因此他们再次相遇时就会彼此相消。

但是如果引力波穿过时,Weiss相信探测器臂会被拉伸,那么两束光经过的路程不再相同,它们再次相遇时就不会完全相消,而是在探测器出产生一个信号。科学家的目的就是探测这一信号。

虽然利用干涉仪探测引力波的想法在那个时候已经有所流传,但是Weiss是第一个意识到我们需要的是一个巨大的干涉仪,两个探测器臂的长度至少需要2英里长。他也是第一个提出如何处理其它来源的噪声,以免这些噪声淹没了引力波的信号。

在广义相对论预言引力波的百年后,正是Weiss的不懈努力才使科学家能够探测到引力波。除了发明引力波探测器,他早期主要在宇宙微博背景辐射功率的测量做出了开创性的贡献,并且对宇宙背景探测者卫星(COBE)计划的实施功不可没。引力波和微波背景辐射对于我们理解宇宙诞生与演化都扮演着至关重要的角色。如果没有意外,今年的诺贝尔物理学奖将会颁发给Rainer Weiss,以表彰他对发现引力波做出的贡献。

答案两个月后揭晓。

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