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华人科学家:爱因斯坦都不敢想象,我们探测到引力波(6)

2016-02-12 10:07:45  知社学术圈    参与评论()人

知社:对探测如此微弱的引力波,刚开始的时候有没有信心,中间有没有产生怀疑,看到这个数据的时候,是什么样的一种心情?

陈雁北:对于我个人来说,LIGO给了我一个很好的机会,让我可以研究各种各样的物理问题。就算LIGO没有探测到引力波,其中也有很多有意思的问题可以研究。比如量子光学,比如广义相对论和黑洞物理,比如数据分析的方法,还有非平衡态热力学的一些知识。在我科研生涯的前十几年,我觉得我尝试了、学会了很多东西。对于我来说,双黑洞探测的成功也许是一个转折点,我以后可能要更集中精力研究和黑洞有关的问题。

范锡龙:第一次注意到这个事件的时候是在北京师范大学,那时候我和其他同事正筹划召开一个引力波天文学研讨会,再加上之前有过盲注,就没在意。2015年9月16日左右,我和来自英国格拉斯哥大学LVC成员早餐时间在师大餐厅讨论这个信号,我的观点是如果是真的就太幸运了,我不相信。有趣的是,因为保密原则,我们不能提及任何引力波的事情。旁边的人如果认真偷听,会听到英文版的:“那个事(the event)是真的吗?”“可能吗?不会吧!”“那个事很太明显!”之类的谈话。我们谈话期间,天文系朱宗宏老师走了过来,他是非lvc成员的引力波专家。那情形就是我们突然停住了谈话,大家相互张望,异常有趣。

我对于信号的怀疑程度的变化直到开了一次lvc电话会议,盲注团队说没有任何已知信号注入行为,然后仪器团队说数据很干净。我当时有一丝丝相信我们可能真的做到了。2016年1月22日凌晨1点36分,经过了浑身颤抖的短暂等待,我泪流满面,因为lvc电话会议宣布:lvc集体投票决定第10版“探测文章”可以投稿。我知道,我们做到了。

直到现在,一想到这个发现,我还是心跳加速。

知社:这样的天文事件,几率有多大? 调试运行,就测到如此强大信号,是不是很幸运? 以后会经常性的探测到么?

陈雁北:天文观测不能完全碰运气。对于LIGO,我们是根据天文学中一些知识,推断出在一定灵敏度下,单位时间能够探测到事件的概率。虽然这个概率本身也有很大的不确定性,但是LIGO在设计的时候,也考虑到了这个问题。所以,从一定程度上说,Advanced LIGO能探测到这个事件也不是很意外的事情。而initial LIGO什么都看不到,也是意料之中的。既然我们已经在这个灵敏度下探测到了一个事件,这就意味着势必会有更多的事件被探测到。

知社:LIGO探测到引力波,对中国的天琴计划,有什么样的影响?

陈雁北:中山大学的罗俊院士,是中国引力物理界的领军人物。他对引力常数的测量,引力定律的检验的研究,都处于世界的前沿。罗院士的团队最近提出的《天琴计划》,是在空间中测量引力波。空间中,我们可以测量频率更低的引力波。一方面,可以从侧面验证LIGO引力波源、引力波传播的性质,另外一方面,也可能探测到大质量甚至超大质量的黑洞。我希望这次LIGO对引力波的探测,对天琴计划是一个推动。

知社:引力波速度与光速一致,这里面有什么内在联系么,还是纯属巧合? 有没有可能给大一统理论指引一个方向?

陈雁北:这是一个很深刻的问题。在广义相对论里面,当引力波和光波的波长远小于时空曲率半径的时候,它们的传播都可以看成是沿着所谓的“类光测地线“传播。所谓类光地线,可以说是在时空几何中,想逃离一个点,最最快的一个路径。当波长可以和时空曲率半径相比的时候,引力波和光波的传播时不同的。这次探测到的引力波,波长远远小于宇宙空间中的时空曲率半径,所以传播速度应该是和光一样。引力波的存在,以及引力波以光速传播本身,在理论物理中已经是非常公认的一个现象。所以探测到引力波本身,应该不能对大统一理论作出贡献。

知社:最后替科幻迷问一个问题,能不能借助引力波,实现星际航行和时空穿越?

陈雁北:前些年,在德国的时候,我有一个来自日本的博士后,叫做宗宫健太郎。宗宫教授是实验物理学家,现在是东京工业大学的副教授,是日本引力波探测器KaGRA的重要参加者。宗宫教授和我一样,都是《机器猫》迷。当年在德国的时候,我们经常开车从波茨坦去汉诺威,路上就会聊天。记得他跟我说过,他当年参与引力波的原因就是因为他觉得发现了引力波,发现黑洞,就是造出机器猫里面的“时间机器”的第一步。

也许宗宫教授当年比较幼稚,但是,我们不要忘记Joe Weber的“幼稚”导致了50年后今天对双黑洞的发现。如果通过引力波观测,我们探测到任何跟现在的广义相对论推断所不符的线索,那么就有可能导致基础理论的突破。

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