发现引力波有多难？爱因斯坦当年投稿也遭拒

　　华西都市报对话探寻引力波的中国面孔

　　引力波被发现，科学界和段子手都沸腾了

　　如果你看过刘慈欣的《三体》和美国大片《星际穿越》，那么引力波对你来说，并不陌生。《三体》中描述的引力波天线，拯救了人类；《星际穿越》最著名的影评这样写着：“能够穿越星际的，不止引力波，还有爱。”

　　为了证明现实中引力波是真实存在的，科学家们从没放弃过寻找引力波的踪迹。农历春节期间，朋友圈都被“引力波”刷屏了。人类经过了一个世纪的等待，首次证实了引力波的存在。科学家激动了，连段子手都沸腾了。段子手们应景地创作出“引力波的发现，是情人节前对单身汪的最大打击！连两个黑洞都玩着玩着在一起了… ”等各种段子，来分享引力波被发现的喜悦。引力波的发现，背后究竟有着怎样的故事？大年初六，参与探寻引力波的中国科学家，向华西都市报记者讲述了发现引力波的各种细节。

　　发现引力波已经成为春节期间最热的话题，大家对它的关注已经远远超过科研本身。

　　1916年爱因斯坦在广义相对论中预言存在引力波，所谓引力波是黑洞之类质量非常大的天体在剧烈运动时扰动周围的时空，扭曲的时空波动如波纹一样向外传播的现象。

　　首次探测到引力波进一步佐证了解释引力与时空现象的相对论的正确性，有望实现对光及其他电磁波探测不到的天体以及宇宙诞生之初形态的观测研究。

　　13日，引力波论文作者之一、LIGO科学联盟核心成员、加州理工学院教授陈雁北，德国马普引力物理所、清华大学博士后、LIGO科学合作组织成员胡一鸣在北京科技报社组织的科学传播微信群中，向华西都市报记者以及众多科学爱好者讲述了发现引力波背后的故事。

　　胡一鸣说，在发现引力波信号后，“LIGO科学合作组织的1000多名科学家在接下来的日子里忙坏了，分布全球的多个超级计算机开足了马力，想要将那一段短短数秒的信号背后的物理全部挖掘出来。慢慢的，如同盲人摸象般，我们开始一层层解开这一引力波信号的面纱。”

　　“有了试验数据，把引力波带入一个新的研究时代，这次发现一个很重要的转折点。”喜欢吃川菜的陈雁北透露说，“第一次观测运行的数据还没有完全分析完，还有剩下的一部分，里面也可能有引力波。等到频繁的引力波观测到，可能就不像现在这样保密。”消息为何隔半年才发布？

　　3分钟发现信号，用了半年来论证

　　“2015年9月14日，我的邮箱里收到了一封内部邮件，Event G184098。邮件里描述了实时分析数据的软件得到了一个显著性极高的候选对象。后来，它换了个名字，GW150914，”胡一鸣解释说，意思是“在15年9月14日探测到的引力波(GW)”。

　　胡一鸣是德国马普引力物理研究所、清华大学博士后，作为LIGO科学合作组织成员，参与了此次引力波的探测，目前他身在德国。

　　胡一鸣说，这张捕捉引力波的网，叫做“advanced LIGO”(高新激光干涉仪引力波天文台)。

　　这是人类首次直接探测到引力波，也成为爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失“拼图”。

　　如此重要的发现，为何要时隔半年才确认发布呢？

　　“其实当时信号到达后3分钟就被程序发现，但是因为那个时候还没有正式开始观测，所以大家并不期待探测到信号，回过神来第一个发现这次探测时已经是半小时以后了。”胡一鸣在访谈中回答说，“尽管如此，我们内部恪守规则，在没有万分的把握之前，严禁任何成员向任何组织外的个人透露消息。”

　　胡一鸣说，LIGO科学合作组织非常的严谨。只有当握有强有力的证据，才可以做出超出常人想象的论断。

　　事实上，在今年一月份美国亚利桑那州立大学的物理学家劳伦斯·克劳斯就在社交网站推特上发布消息，称LIGO探测器发现了引力波，引发了不小的争论。

　　“主要是LIGO因为严谨，不能对谣言做出任何回应，谣言满天飞的时候官方的声音不能发声，很是痛苦。所以我们希望能够在新闻发布会开始的时候，将正确的信息准确地传递给大众。”胡一鸣说。

　　“双黑洞的探测是一次惊世之作，在我们没有十二分自信之前，我们不敢轻易发布消息。对于大众读者而言，这不过是屏幕或者报纸上的简单几个数字，但是我们所发表的论文中的每一句话，每一个数字，背后都是漫天飞舞的电子邮件的讨论和反复的计算和确认，浸满了科学家的汗水。”胡一鸣说，“可以说，我们发表的文章，两句三年得，一吟双泪流。”

　　为何没选择发表在《自然》上？

　　现发表刊物，当年曾拒发爱因斯坦稿件

　　对于引力波的发现，这篇论文并没有发表在人们通常所知的《自然》或者《科学》上，而是发表在在美国物理学会出版的Physical Review Letters(PRL)上。

　　为何做出这一选择何做出这一选择，，昨天也成为大家关心的问题。

　　对此对此，，引力波论文作者之一作者之一、、LIGO科学联盟核心成员盟核心成员、、加州理工学院物理教授陈雁北解释说，物理上的发现和研究结果发在PRL上比较合适。

　　“我觉得就是这个原因我觉得就是这个原因，，物理上挺重要的研物理上挺重要的研究结果都是发在PRL上。它跟《自然》和《科学》有所侧重。PRL是一个很好的物理期刊，而引力波是一个很重要的物理发现，所以我们决定发在这上。”陈雁北说。

　　胡一鸣也解释说：“曾经听一位师兄说，在天文领域最重要的发现都是发表在APJ或者PRL上，而自然和科学更多地追逐时髦。”

　　对于引力波的发现，陈雁北接受采访时曾说：“我相信爱因斯坦看到今天的结果，一定也会吓一跳，尽管他会因自己在广义相对论、量子力学、激光等多个领域的贡献感到欣慰，但百年来物理学已获得前所未有的发展。对于人类今天的成就，爱因斯坦一定无法想象。”

　　事实上，爱因斯坦不仅会对发现结果感到吃惊，对于论文的发布也一定会吃惊不小，因为PRL的前身，APS所出版的Physical Review，曾经拒稿爱因斯坦关于引力波预测的论文。

　　据由海归学者发起的公益学术交流平台“知社学术圈”的作者考证，1936爱因斯坦向Physical Review投稿，题目是《引力波存在吗》，在他预测引力波20年之后，爱因斯坦写了这篇论文。

　　论文中，爱因斯坦的结论是引力波不存在，这也是Physical Review拒稿的原因。此后爱因斯坦在意识到自己犯错后，对论文进行了修正并发表在另外一家刊物上。

　　不过此后，爱因斯坦也再未给 Physical Review写过文章。发现引力波，中国有啥贡献？

　　清华大学团队帮忙“净化”了干扰信号

　　在此次引力波的发现过程，除了陈雁北、胡一鸣等中国科学家参与外，清华大学是中国大陆唯一 LIGO科学合作组织成员，研究团队作出相应的贡献。

　　2009年LSC(LIGO科学合作组织)接受清华大学为正式成员。据了解，研究团队着重采用先进计算技术提高引力波数据分析的速度和效率，参与了LSC引力波暴和数据分析软件等工作组相关研究，以高精度的数据分析能力帮助“净化”了引力波探测中的干扰信号，加速了迈向星辰大海的征程。

　　“漫长的时间里LIGO探测器并没有达到设计精度，是探测不到真正的引力波信号的，可以认为实际大家在处理的全都是噪声，可就是在对这些噪声的一点一滴的处理中不断积累经验，不断提升仪器的精度，才有了今天的探测灵敏度，”清华大学LIGO工作组负责人曹军威说。

　　据胡一鸣介绍，引力波的探测器在美国，但是数据都会放在超级计算机上(这部分的工作也有清华研究团队早些年的贡献)。研究者可以连接到超级计算机进行分析、处理。

　　胡一鸣说，LIGO是由参与建造、维护仪器、分析数据的1000多位科学家共同组成的科研团队。

　　“LIGO的建立需要全方面的努力，从材料、镀膜、隔震、激光、真空，到超级计算机、数值相对论、快速信号处理、数据分析、快速空间定位、参数估计，每一个步骤，每一个细节，都凝结着研究人员数十年的积累和心血，看着简单的几个数字，每一步背后都是厚厚的几十本博士论文。要实现LIGO对黑洞并合的探测，所需要解决的问题太多太多，自然需要很多研究团队的合作。”胡一鸣说，在发现引力波信号后，“LIGO科学合作组织的1000多名科学家在接下来的日子里忙坏了，分布全球的多个超级计算机开足了马力，想要将那一段短短数秒的信号背后的物理全部挖掘出来。慢慢的，如同盲人摸象般，我们开始一层层解开这一引力波信号的面纱。”

　　对于华西都市报记者的提问“这次引力波探测，有多少来自中国的研究者参与？”陈雁北说：“我觉得华裔的，加上中国本土的，可能会占总数的百分之十。具体我也说不清。”

　　对话科学家

　　爱吃川菜的科学家陈雁北：

　　引力波非常微弱

　　穿越

　　还不能实现

　　陈雁北(引力波论文作者之一、LIGO科学联盟核心成员、加州理工学院教授，北京人，爱吃川菜)

　　胡一鸣(德国马普引力物理所、清华大学博士后、LIGO科学合作组织成员)

　　华西都市报：何种机缘让您开始引力波实验项目的探测？

　　陈雁北：我参加引力波项目很偶然，以前在北大学的是核物理，到加州理工后，觉得引力波挺有意思的，又是一个很新的项目，就加入了。

　　引力波探测有很长的过程，花了几十年的时间，开始大家都不知道引力波多长，怎么能够探测到。

　　其实我也比较幸运，参加这个项目十几年就发现了引力波信号，有的是研究是了三四十年才探测到，对于他们来说，学术生涯很长一段时间都属于一种没有数据的探索阶段。

　　华西都市报：引力波存在与我们的生活有什么密切联系吗？

　　陈雁北：除了技术上的推动，直接应用好像很难。研究科技最高、最难的东西，可以衍生其他学科的进步，是一个非常基础的作用。

　　胡一鸣：正如爱因斯坦当年也无法准确地预言，广义相对论能给人带来什么用处。但实际上，我们手机里使用的卫星导航，如果缺了广义相对论的修正，根本就无法正常使用。有故事说，一位收税官在观看了法拉第的电动机工作表演后，很轻蔑地问道：“这样的东西会有什么用呢？”法拉第告诉那位收税官：“先生，我想在将来的某一天，你一定会向它收税的。”在面对科学突破时，特别是这种基础领域的突破时，我们不应该以现实应用评价它的价值。当然，这也并不是说，纳税人的钱扔给LIGO只是为了听个响(我们的确听到了这一声黑洞的并合)，在LIGO的建造中，涉及到无数科研前沿的问题等待突破，而这些技术上的创新与突破，纷纷都衍生出草创公司，也许未来某一天，我们也将从中受益。要知道，创造互联网的，并不是某个商业公司，而是为了探索高能物理的欧核中心。

　　科学的发展往往很有趣，有人总结过，如果某个科学家预言某种事情一定做不成，事实往往会证明他/她的错误。

　　华西都市报：引力波被证实，是不是一些科幻作品里的场景也间接能实现？

　　胡一鸣：官方的回应一直是：不予回答。陈雁北：穿越和时光机等还不能实现。引力波非常微弱，因此很难发射可以被接收和探测的引力波。从理论上讲，有可能向一个正在合并的双黑洞发射一个叠加的引力波，可望产生一种引力波放大效果，但实际上不太可能实现。此外，由于引力波本身造成的时空弯曲是很小的，所以借助引力波“穿越时空、回到过往”并不现实。

　　中国引力波探测工程可以做什么？

　　“天琴计划”能探测更大的黑洞

　　问：网上有人说，LIGO项目研究探测到了引力波，是否中国的“天琴计划”就不需要再继续了？

　　胡一鸣：对于我国自己的引力波实验项目，我个人认识是应该大力鼓励和支持的。我去年年底参加过天琴计划的研讨会，如果可以做成，我非常希望自己可以参与到咱们国家自己的引力波研究进展中

　　陈雁北：网上有人说发现引力波了，天琴计划是不是就不要搞了，我认为这是非常错误的说法。因为地面和天空探测引力波是不一样的，不同的波段观测到的不同的现象，观测到的是不同的东西，本身没有矛盾。

　　考虑到地面已经观测到引力波，这是对空间探测一个鼓励。天琴计划可以探测更大的黑洞，很可能是星系中心这样更大质量黑洞的并合过程，研究宇宙的了解，早期星系形成演化过程，这是地面上探测不到的，天琴计划可以带来更新的信息。

　　天琴计划，我是去年从中大校长罗俊院士那里听说的。我更高兴，在引力波上中国应该有所投入，做出中国贡献。华西都市报记者王国平