將廣義相對論研究帶入新時代

——專訪引力波探測專家加州理工大學教授陳雁北、清華大學博士后胡一鳴

北京時間2月11日23點30分，美國國家科學基金會（NSF）宣布人類首次直接探測到了引力波，印證了100年前愛因斯坦對廣義相對論的預言。2月13日，記者采訪了引力波探測論文的參與作者、美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）科學合作組織核心成員、加州理工大學教授陳雁北和目前在德國馬普引力物理所從事相關研究的LIGO科學合作組織成員、清華大學博士后胡一鳴，請他們就目前大家關注的熱點問題進行回答。

更高靈敏度探測器6月將再度運行

記者：有科學家稱，人類探測到引力波，如同一個失聰的人突然獲得聽覺，從此獲得感知世界的新能力。那么，未來的研究計劃如何，還會有新的引力波被發現嗎？

陳雁北：今年6月我們還將進行下一次運行，下一次運行的探測器靈敏度還要高于去年。從理論上講，當儀器靈敏度能夠達到的時候繼續觀測，是有可能再次觀測到的。所以說第一次的探測是新時代的開始，后續應該會有越來越多的引力波被探測到。實際上，第一次的數據還沒有全部分析完，剩下的數據里也可能還會有引力波存在。

胡一鳴：對于下一次探測，根據黑洞并合事件的探測數，以及探測器對于這類事件產生的引力波的敏感度，我們可以估算宇宙中黑洞并合的發生率。將這個事件的發生率與下一次觀測運行的預期靈敏度相結合，就可以讓我們對下一次觀測中能夠探測到的事件數目有大概的認知。這個數字是非常令人振奮的。把所有的情況通盤考慮，我們預期可在下一個觀測運行中探測到3到90個顯著的雙黑洞并合事件，并且有近乎百分之百的可能性探測到至少一個（引力波）事件。

千余科學家反復驗證分析后才宣布結果

記者：距離愛因斯坦預測其存在至今已有百年，可以說大家對它翹首以盼，但為什么這一發現卻在探測到其信號半年以后才公布研究成果呢？

陳雁北：2015年9月14日，升級版LIGO探測器剛開始運行，就收到搜索引力波信號程序的提示，兩個探測器均探測到抵達的一個強度指數高達24的信號，而通常這種信號強度只有10。但在探測器正式運行中，有研究團隊會做“盲注”操作，就是偷偷加入一些模擬的引力波信號，讓其他研究者在不知有信號注入的情況下客觀檢驗探測的準確性。因此，必須先排除“盲注”，此后，1000多名科研人員開始對觀測數據進行分析，分布在全球的多個超級計算機也開始進行大量數據驗證。最終，翻來覆去把大量數據分析了多遍之后，科研人員才向全世界宣布結果。

胡一鳴：其實信號到達后3分鐘就被程序發現，但是因為那個時候還沒有正式開始觀測，所以大家并不期待探測到信號，回過神來第一個發現這次探測時已經是半小時以后了。盡管如此，我們內部恪守規則，在沒有萬分的把握之前，嚴禁任何成員向任何組織外的個人透露消息。

發現引力波的意義

記者：對于科學工作者而言，發現引力波意味著什么？對于普通人而言，它的存在與生活有什么密切聯系嗎？

陳雁北：有了這次的實驗數據，就可以把理論和數據相比較，從而可研究黑洞的性質、探討廣義相對論的正確性、引力波的傳播性質等問題。這個發現相當于把這個領域帶入了一個新的時代，能夠有更多的問題去研究，是一個挺重要的轉折點。對于普通人而言，我想這樣探索宇宙奧秘的研究，會衍生出很多科技上的其他方向和進步，對整個社會是非常基礎的作用。

胡一鳴：如果要問及它的現實意義，恐怕很少有人能回答得上來。正如愛因斯坦當年也無法準確地預言，廣義相對論能給人帶來什么用處。但實際上，我們手機里使用的衛星導航，如果缺了廣義相對論的修正，根本就無法正常使用。在面對科學突破時，特別是這種基礎領域的突破時，我們不應該以現實應用評價它的價值。當然，這也并不是說，納稅人的錢扔給它只是為了聽個響（我們的確聽到了這一聲黑洞的并合）。LIGO的建造，涉及無數科研前沿的問題等待突破，而這些技術上的創新與突破，都紛紛衍生出創新公司，也許未來某一天，我們也將從中受益。要知道，創造互聯網的，并不是某個商業公司，而是為了探索高能物理的歐核中心。

工作像“碼工”，卻從沒想過放棄

記者：網友將探測引力波稱為“宇宙間最浪漫的相遇”。但其實身在其中的科學家可能并不覺得浪漫，畢竟可能要耗費一輩子的時間去等待一個似乎很渺茫的結果，你們日常的工作是什么樣的？是否想過要放棄呢？

陳雁北：跟大家想象中的科學家可能不太一樣，我做的工作既不處理數據，也不觀測儀器，主要是做一些紙和筆的計算，以及在計算機上進行小規模的數值模擬，看起來跟“碼工”（程序員）沒有太大區別。引力波的探測是一個很長的過程，已經花了幾十年的時間，但我覺得即便沒希望也無所謂，這個過程本身就很有意思，比如研究儀器的靈敏度、精度、噪聲產生的物理根源、引力波源的性質，用廣義相對論研究黑洞的碰撞等等。所以即便沒有探測到引力波，我仍然很有興趣，沒想過放棄。現在探測到了，就要結合數據進行新的研究，那就更有趣了。

胡一鳴：我日常的研究工作一句話就可以概括：每天上百封電子郵件，每天都有電話會議，有時候更多。雙黑洞引力波的探測是一次驚世之作，但對于大眾讀者而言這不過是屏幕或者報紙上簡單的幾個數字，可我們在沒有十二分自信之前，不敢輕易發布消息，論文中的每一句話，每一個數字，背后都是漫天飛舞的電子郵件的討論和反復的計算確認，浸滿了汗水。可以說，我們發表的文章，兩句三年得，一吟雙淚流，卻從沒想過放棄。詩意一點地說，風景在路上，追逐探測的這個過程，也一樣很美好。

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