基普·索恩:引力波探测

基普·索恩:引力波探测

我们从第5章中了解到,在20世纪60年代后期,加州理工学院(Caltech)的基普·索恩(Kip Thorne)如何深受俄罗斯天体物理学和引力物理学家工作吸引,他在此后几十年间与这些物理学家保持着积极的合作关系。在此之前,他还遇到了来自俄罗斯莫斯科国立大学(Moscow State University)的引力实验家弗拉基米尔·布拉金斯基(Vladimir Braginsky):“1968年,泽尔多维奇(Zel'dovich)把我介绍给了弗拉基米尔·布拉金斯基。与其他人不同,布拉金斯基是一位实验家。他非常出色,是引力波探测领域的两位创始人之一,另外一位是乔·韦伯(Joe Weber)。布拉金斯基使用的设备落后,但他的研究成果惊人,令人敬佩。”〔113〕

值得一提的是,在苏联,杰出的实验家极为难寻。西方人普遍认为,苏联科学实验室的设备和仪器相对原始,其科学在理论领域表现出色,但在实验领域则并非如此。〔114〕但布拉金斯基是个特例。

尽管设备落后,但他不输任何西方实验家。我可以和他讨论测试相对论的实验以及引力波实验,并从他身上受益良多,因此他不仅成了我的密友,也是我的主要合作者。我是个理论家,做过一些实验设计,但从未做过实验。到70年代中期,我收到的邀请大部分来自布拉金斯基。我有一半的时候与他合作,一半的时候与莫斯科的其他人合作。正是在与其本人、与麻省理工学院的雷纳·韦斯(Rai Weiss)进行多次讨论中,我确信了引力波探测会取得成功。〔115〕

事实上,基于这一信心,索恩和几位美国同事成了激光干涉引力波天文台(LIGO)的主要发起者和推动者。这一项目风险极高、耗资巨大,在20世纪80年代,他们曾几次尝试去争取美国国家科学基金会的资助,但均以失败告终,直到1988年,LIGO团队才获得了第一笔资助资金。“它根本就不该创立,”2016年,时任美国国家科学基金会引力物理(NSF Gravitational Physics)项目经理的理查德·艾萨克森(Richard Isaacson)对《纽约客》(the New Yorker)的一名作家说道,“他们就是几个东奔西跑的疯子,在没有任何基础的情况下,谈论着推动真空技术、激光技术、材料技术、隔震技术和反馈系统,这不仅超出了目前的科技水平,还使用了尚未发明的材料。”〔116〕

在2015年10月6日的谈话中,索恩继续说道:“现在,几乎可以肯定,引力波探测会在未来两三年内取得成功。我们现在正在用先进的探测器进行第一次引力波搜寻,这些探测器具有足够的灵敏度,我们对引力波的存在充满信心。”〔117〕

我有点半开玩笑地问他:“所以你不用等两个黑洞相撞了?”

“关于这个,”他回答说,“我们第一次探测到引力波,可能会是因为两个相距地球几亿光年的黑洞相撞。布拉金斯基在1975年说服了我,当然也有其他人(主要是韦斯),让我相信这会成功。我在加州理工学院建立了一个引力波探测研究团队,之后,我与麻省理工学院的雷纳·韦斯、加州理工学院的罗纳德·德雷弗(Ron Drever)共同创建了LIGO项目。布拉金斯基成为这个项目的主要顾问。”〔118〕

事实上,2015年9月14日,也就是采访的三周前,他们团队已经首次探测到了引力波。然而,直到2016年2月才公开宣布,允许查看详情。显然,在2015年10月,索恩不可能向我透露,他所预言的“在未来两到三年内”将会发生的事情,已经发生了,并且可能是物理学百年来最重要的发现。

按照索恩的说法,把布拉金斯基带出国进行访问,包括前往加利福尼亚,并不容易。

他不是犹太人,有着身为党员的优势。例如,1971年,我们带他去了哥本哈根的广义相对论和万有引力会议(General Relativity and Gravitation Conference),在那里,这个领域的国际组织,即国际广义相对论和引力学会(International Society for General Relativity and Gravitation)正式创立。我们创建这个学会是为了促进东欧集团[14]的国家,一些组织或者个人加入学术交流。

会议上,还成立了一个国际委员会负责管理这些事情,布拉金斯基和我都当选为其初始成员。当时,大家谈到了一件事,三年前苏联没有及时向一些以色列科学家发放签证,致使他们无法前往第比利斯(Tbilisi)参加会议,一时群情激愤。人们就此事发表了充满激情的演讲,其中以得克萨斯大学(the University of Texas)艾弗·罗宾逊(Ivor Robinson)的演讲最令人难忘,整个苏联代表团和大部分东欧集团代表都起身离去。我们在一个巨大的礼堂里,大概有500人在场,所以东欧集团剩下的人也全部选择离场。几分钟后,我走了出去,与好友布拉金斯基谈了谈,说服他回来做一个和解性的演讲。

他为此付出了高昂的代价。在返回莫斯科后,至少两名俄罗斯著名与会者谴责了他,他也一度被列入旅行黑名单。这就是布拉金斯基,他有勇气这么做,且愿意这么做。他的身份使他幸免于难,但他暂时失去了旅行的权力。此时为1971年。在此之后,他确实成功出来了,他偶尔会被拒绝签发出境签证。他有一个在政治局工作的密友,这个密友可以查看他的记录。所以当他被拒签时,他会告诉他的朋友,他的朋友会查看他的档案,然后告诉他:“当局只是想让你知道谁是老大,不要担心,下次你就能出去了。”〔119〕

1991年,苏联科学陷入混乱,布拉金斯基在莫斯科国立大学的实验室受到了重击。索恩担心布拉金斯基的实验室会分崩离析,他的团队会解散,探测引力波的历史性尝试也会面临危机。在1991年年末,理查德·艾萨克森在国家科学基金会的国际项目部找到了我。他说,他的一位首席研究员有一个俄罗斯同事,这个俄罗斯同事参与了一个重大项目,但即将身处困境。我问他这位首席研究员是谁,他说是基普·索恩。我变得很感兴趣,因为大约15年前,我在管理美苏科学技术协定下的物理工作组时,遇到过索恩。1991年,一项新的美苏基础科学研究协定付诸实施,我只有大约13.5万美元(少得惊人)的预算来资助研究项目,相比之下,国家科学基金会在之前美苏科学技术协定上的预算超过了300万美元。我向艾萨克森解释了这一点,他说,即使我给索恩的拨款只有5000美元,也是极大的帮助。所以,我这样做了。

2014年11月,看完由索恩担任科学顾问的电影《星际穿越》后,我决定写信给他,告诉他我非常喜欢这部电影。“你肯定不记得我了,”我在邮件中说。还没有二十分钟,他就回复说:“我很清楚记得你,因为你的帮助,20世纪90年代初至中期,弗拉基米尔·布拉金斯基在莫斯科国立大学的研究团队才能渡过难关。〔120〕他的回答让我大吃一惊,可能就在那时,我产生了一个想法,重新联系索恩和其他人,为这本书采访他们。”2015年10月,我在帕萨迪纳(Pasadena)他家中与他见面,开始了我的第一次采访,我的第一个问题是:“当时是怎么回事?”索恩告诉我:

苏联解体时,布拉金斯基在莫斯科国立大学有一个研究小组。在LIGO技术开发特定领域,他们首屈一指。他正在开发悬挂系统,通过熔融石英纤维来悬挂镜子,这些镜子会因引力波而摆动。悬挂系统的摩擦力越小越好,这一点至关重要。他成功了,他开发的悬挂技术,其摩擦力比任何其他技术都要小几个数量级。他还深入研究了因突然震动而产生的噪音,对人类来说,这种噪音伤害极大。因此,布拉金斯基不只是我的密友,对LIGO的未来也至关重要。苏联的科学团队正在迅速瓦解,而我们要维系他的研究团队。

当情况恶化,布拉金斯基的团队面临解散,我们采取的第一步是让加州理工学院为他提供内部资金,维持团队的运转。第二步是你,第三步是索罗斯(Soros),这你也参与了。后来,我们弄清楚了如何“洗钱”,你可以称之为洗钱,但实际上,我们开发了一种机制,让国际科学基金会(International Science Foundation)把研究经费拨给加州理工学院,再转给莫斯科国立大学。但如何在大学之间转移资金呢?我们通过国际科学基金会的新拨款援助计划进行操作,而索罗斯发挥了关键作用。这一机制成效显著,对LIGO来说至关重要,没有这个机制,LIGO就不会成功。〔121〕

我一时说不出话来。“我的5000美元资助帮助发现了引力波?真的吗?”我问索恩。“他们是怎么使用这笔钱的?用于薪酬还是其他?”他告诉我,“这笔钱主要用于支付团队成员的工资,维系团队的运转。在当时,意义极大。他们每月得到200—300美元。我猜,布拉金斯基一个月能拿到300美元。他们可以靠此生活,全身心投入项目研究之中。就这样,整个团队团结一致,直至今天。”〔122〕

可以毫不夸张地说,在美国国家科学基金会国际项目历史上,这5000美元的研究补助金产生的作用绝无仅有。