文|東昇

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宇宙音符，共同聆聽(tīng)引力波發(fā)現(xiàn)背后的中國(guó)力量

文|東昇

在積極融入頂尖課題的世界協(xié)同作戰(zhàn)之余，中國(guó)科學(xué)家也同時(shí)開(kāi)啟了本土的引力波探測(cè)計(jì)劃

百年前，那個(gè)依然英俊的青年愛(ài)因斯坦經(jīng)過(guò)十年的苦思冥想，參悟了時(shí)空和引力的本質(zhì)，寫(xiě)下了劃時(shí)代的公式。那個(gè)簡(jiǎn)潔美妙的公式，被后世的另一個(gè)才華橫溢的學(xué)者約翰·惠勒總結(jié)為：時(shí)空命令物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)，而物質(zhì)引導(dǎo)時(shí)空如何彎曲。

百年后，經(jīng)過(guò)幾代科學(xué)家一個(gè)世紀(jì)的不懈努力，終于站在一個(gè)新時(shí)代的起點(diǎn)，迎來(lái)人類(lèi)探測(cè)到的第一個(gè)引力波信號(hào)——2016年2月11日，LIGO（激光干涉引力波天文臺(tái)）科學(xué)合作組宣布探測(cè)到來(lái)自GW150914雙黑洞合并事件的引力波。

在這個(gè)頂級(jí)世界難題的漫長(zhǎng)求索中，許多科學(xué)家為此殫精竭慮，中國(guó)科學(xué)家也曾為攻克這個(gè)堡壘而煞費(fèi)苦心。

壯志未酬

時(shí)間退回到34年前的夏天，地中海北岸。

為紀(jì)念科學(xué)巨匠愛(ài)因斯坦誕辰一百周年，1979年7月，來(lái)自世界各地的科學(xué)家聚集在意大利美麗的海濱城市里雅斯特，參加第二屆國(guó)際格拉斯曼廣義相對(duì)論國(guó)際會(huì)議。

這是中國(guó)科學(xué)家第一次參加這樣的盛會(huì)，中國(guó)物理學(xué)家陳嘉言由于在引力波研究方面的貢獻(xiàn)，被歷史性地聘為會(huì)議顧問(wèn)委員會(huì)委員。

這也是中國(guó)的引力波研究第一次被國(guó)際社會(huì)認(rèn)可。

世界第一個(gè)引力波檢測(cè)器的建造者、引力波研究的前驅(qū)、美國(guó)馬里蘭州立大學(xué)韋伯教授激動(dòng)地說(shuō)：“中國(guó)人也有自己的引力波探測(cè)器了！堅(jiān)持下去，奇跡將可能由你們創(chuàng)造！”

可隨之而來(lái)的，竟是遺憾。1982年4月9日，剛從上海審稿回來(lái)的陳嘉言風(fēng)塵仆仆地投入工作。中午，同事們都下班了，陳嘉言鉆進(jìn)天線的真空罐中，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。悲劇在此時(shí)發(fā)生了——12時(shí)16分，陳嘉言不幸觸電，因公殉職。

他的身邊，還放著儀器和剛記錄下各種數(shù)據(jù)的筆記本。

“引力波探測(cè)是當(dāng)代科學(xué)難題，也許我這一輩子還找不到它，但我堅(jiān)信它必將會(huì)被認(rèn)識(shí)和掌握。當(dāng)它的存在一旦被證實(shí)，不少物理概念將要重新樹(shù)立，其認(rèn)識(shí)價(jià)值是巨大的。我愿做引力波探測(cè)長(zhǎng)途中的一顆鋪路砂子?！标惣窝缘目茖W(xué)信念至今仍令人感懷。

從那以后，由于人才隊(duì)伍接續(xù)等問(wèn)題，中國(guó)的引力波研究停滯了十多年。直到2008年，在中科院力學(xué)所國(guó)家微重力實(shí)驗(yàn)室胡文瑞院士的推動(dòng)下成立空間引力波探測(cè)工作組，引力波的中國(guó)研究才再啟征程。

“坐穿板凳”的沉潛定力

令人欣喜的是，盡管有著一段空白歷史，但在這次劃時(shí)代的引力波探測(cè)中，中國(guó)科學(xué)家并未缺位。

憑借高精度的數(shù)據(jù)分析能力，中國(guó)科學(xué)家“凈化”了引力波探測(cè)中的干擾信號(hào)，與全世界頂尖科學(xué)家“協(xié)同作戰(zhàn)”。

清華大學(xué)信息技術(shù)研究院研究員、LSC理事會(huì)成員曹軍威正是這支“凈化之軍”的負(fù)責(zé)人，他參與了引力波數(shù)據(jù)計(jì)算和分析的工作，并時(shí)刻關(guān)注著LIGO的工作動(dòng)態(tài)。

“國(guó)內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)不應(yīng)該在這樣的頂級(jí)研究領(lǐng)域落后?！辈苘娡M織創(chuàng)建了清華LIGO工作組，由來(lái)自信研院、自動(dòng)化系、計(jì)算機(jī)系和工程物理系的教師和學(xué)生組成。他們采用先進(jìn)計(jì)算技術(shù)提高引力波數(shù)據(jù)分析的速度和效率，得到了國(guó)際同行的認(rèn)可。

2009年，清華被LIGO科學(xué)合作組織（LSC）接受為正式成員，也是目前中國(guó)大陸唯一的LSC成員。

“這次發(fā)現(xiàn)的確美妙和激動(dòng)人心，但日常工作中的海量數(shù)據(jù)分析并不總是令人愉快?！辈苘娡榻B，LIGO數(shù)據(jù)的采樣頻率特別高，達(dá)到每秒1.6萬(wàn)次以上，采樣信道達(dá)上萬(wàn)個(gè)，數(shù)據(jù)量大，需要先進(jìn)的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)做支撐。

對(duì)于這樣的海量處理，需要的是“坐穿板凳”的沉潛定力——“漫長(zhǎng)的時(shí)間里，LIGO探測(cè)器并沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)精度，是探測(cè)不到真正的引力波信號(hào)的，可以認(rèn)為實(shí)際大家在處理的全都是噪聲，可就是在對(duì)這些噪聲的一點(diǎn)一滴的處理中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，不斷提升儀器的精度，才有了今天的探測(cè)靈敏度”。

共同走進(jìn)“引力波”時(shí)代

在積極融入頂尖課題的世界協(xié)同作戰(zhàn)之余，中國(guó)科學(xué)家也同時(shí)開(kāi)啟了本土的引力波探測(cè)計(jì)劃。

西南貴州，在形成于4500萬(wàn)年前的巨型天坑中，科學(xué)家與工程師們正在建造面積相當(dāng)于30個(gè)足球場(chǎng)的世界最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡。它像一只龐大而靈敏的“耳朵”，將捕捉來(lái)自遙遠(yuǎn)星塵最細(xì)微的“聲音”，洞察隱藏在宇宙深處的秘密。

“大耳朵”的正式名稱(chēng)是：500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（簡(jiǎn)稱(chēng)FAST）。這項(xiàng)中國(guó)有史以來(lái)最大的天文工程，總投資將超過(guò)11億元，2011 年3月動(dòng)工，預(yù)計(jì)2016年9月竣工。建成后，這座射電望遠(yuǎn)鏡在未來(lái)20至30年將保持世界一流地位。

“LIGO的實(shí)驗(yàn)打開(kāi)了一個(gè)觀測(cè)宇宙的新窗口，也使我們對(duì)于FAST獲取更豐富的天體物理信息，推動(dòng)物理前沿發(fā)展，更有信心?！敝锌圃簢?guó)家天文臺(tái)射電部首席科學(xué)家李菂說(shuō)。

除了FAST，還有更多的引力波探測(cè)計(jì)劃逐漸浮出水面——

2016年2月13日下午，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所發(fā)表官方微博：“你知道嗎？目前，我國(guó)主要有兩大引力波探測(cè)項(xiàng)目：中科院高能所主導(dǎo)的‘阿里實(shí)驗(yàn)計(jì)劃’和中山大學(xué)領(lǐng)銜的‘天琴計(jì)劃’。一個(gè)是在地面上聆聽(tīng)引力波的音符，一個(gè)是到太空去捕捉引力波的聲響?！?/p>

2016年2月16日，中國(guó)科學(xué)家公布一項(xiàng)新的空間探測(cè)引力波計(jì)劃——“太極”，計(jì)劃在2030年前后發(fā)射三顆衛(wèi)星組成的引力波探測(cè)星組。

激光干涉裝置、射電望遠(yuǎn)鏡、探測(cè)衛(wèi)星……當(dāng)人類(lèi)共同走進(jìn)“引力波”時(shí)代，這一激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)所帶給我們的啟示，對(duì)中國(guó)科學(xué)界似乎同樣極具價(jià)值。

▲中國(guó)在西藏阿里天文基地探測(cè)引力波。