2016年12月4日,有着科学界“奥斯卡”之称的科学突破奖颁奖典礼在美国硅谷的NASA艾姆斯研究中心举行,基普·索恩、雷纳·韦斯和罗纳德·德雷福的家人代表LIGO团队出席,接受科学突破奖特别奖。在这一万众瞩目的荣耀时刻,让我们再次回顾LIGO从最初设想到建设、落成的过程中起到关键作用的三位发起人的故事。
13亿年前,两个黑洞并合,其搅动时空产生的引力波信号开始了漫漫的星际旅途;2015年9月14日,刚刚升级完毕的激光干涉引力波探测器(LIGO)捕捉到了这个信号,并将之命名为GW150914。这标志着一个新纪元的开始:人类利用引力波这一全新的手段认识宇宙的时代终于到来。
在作出第一个发现之后,LIGO的观测也是捷报频传,今年六月又报告了另一个确凿无疑的GW151226信号和一个潜在的信号LVT151012,一连串的发现开启了人类鼓舞了我们探索宇宙的信心。这次代表LIGO领取科学突破奖特别奖的,是LIGO的三位重要成员,也是LIGO早期的发起人。
基普·索恩是引力领域首屈一指的大牛,他在研究了多年的引力波理论后意识到引力波探测的重要性,并开始探寻实验测量引力波的途径;20世纪60年代,马里兰大学的约瑟夫·韦伯宣布探测到引力波,引起了全球极大的兴趣,激光专家雷纳·韦斯受此启发,开始寻找通过激光干涉的方法探测引力波的方法,并且与索恩一起最终提出了LIGO这么一个项目;韦伯的引力波“探测”结果同时还刺激了位于苏格兰格拉斯哥大学的一对师生罗纳德·德雷福和詹姆斯·霍夫,他们很快投身到引力波探测的实验中去,并很快在这个领域声名鹊起。
LIGO探测到引力波迎来了铺天盖地的新闻曝光,基普·索恩这个名字即便不是家喻户晓,也是被很多人所了解。
然而,实际上对于专研引力的科学家而言,和这个名字相对应的是一个不羁放纵爱自由的一生:被誉为“引力圣经”的《引力》一书就是他与他的老师约翰·惠勒、师兄查尔斯·米斯纳合著而成;在很长的一段时间内,索恩都是引力领域的执牛耳者;他是霍金的答辩委员会成员,也是霍金著名赌约的对赌者;他提出了虫洞的概念,以科学的方法探讨时空穿越的可能;他奠定了LIGO创立的基石,从而捕捉到了引力波信号……
雷纳·韦斯出生在二战前的柏林,他的妈妈是一个演员,而他的爸爸则是一个医生。因为犹太血统,一家人在纳粹势力上升时逃离了德国,并辗转来到了美国的纽约市。韦斯的科研生涯起源于他少年时期装配收音机的经历。二战结束以后,变压器、真空管之类的军需物资供过于求,尤其在纽约市中心满大街都是这些物资,只要谁有兴趣、有力气都可以搬回家。有一次,他家附近的一个剧院着火,让韦斯有幸获得了一个免费的大功率公放。
年少的韦斯靠着七拼八凑的器件组装了一些效果极佳的无线电收音机和高保真音响,周围的犹太难民都慕名而来,围着收音机收听纽约交响乐团的演奏。
罗纳德·德雷福也出生于书香门第,他的叔叔、侄子都是教授,而他的兄弟也拥有博士头衔。少年时期的罗纳德·德雷福和韦斯一样,有着极强的变废为宝的能力,为了让家人可以观看英国女王伊丽莎白二世在1952年的加冕典礼,他用各种零件七拼八凑搭出一台电视机。他的早期研究包括利用光谱观测研究时空的各向异性。这种观测的零结果以极高的精度验证了狭义和广义相对论。
在加州理工和麻省理工联合申请LIGO立项时,由于索恩在实验方面并不擅长,他需要一个实验学家一同主导项目。索恩的第一人选其实是莫斯科国立大学的弗拉基米尔·布拉金斯基,他们二人的合作可以追溯至上世纪六十年代。然而布拉金斯基并不想离开苏联,于是索恩转而向德雷福寻求帮助。很快,德福雷便在加州理工搭建起了一个40米的原型机,并加入了LIGO最高决策三人组。