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“当我们第一次发现引力波的时候,很多人都不相信这是真的!” | 对谈2017年诺贝尔物理学奖得主

2017-10-06  skysun000...


诺奖新闻发布会现场联线韦斯教授


瑞典电视台记者:祝贺您,教授!我们刚刚听到了引力波的声音,您从中可以得知两个黑洞合并的情况。我很好奇,在成功探测到引力波后,我们还能通过它了解些什么呢?


韦斯教授:宇宙中有很多很多的事件能够产生引力波。黑洞是最强有力的来源,但是还存在许多其他源头,比如,中子星。它们本身是恒星演化的最后阶段,还没有成为黑洞。中子星在引力波探测史上收获颇丰。一次间接但很重要的发现是在上世纪,物理学家因观测到一对相互环绕的中子星,而被授予诺贝尔奖。通过两颗中子星的环绕运动,我们可以知道这个过程中产生了引力波。这是引力波研究领域的重大发现。


还有一个就是超新星。超新星是恒星走到生命尽头的阶段,它们会急速坍缩。如果坍缩的过程不是沿着完美的球形(大部分时候的确如此),那它们也会瞬间发出强烈的引力波。我们从中可以得知超新星的活动情况。


最后,就是宇宙的引力波背景辐射,它们是来自整个宇宙的“噪声”。


现在我们用于探测引力波的技术能够发现,我们宇宙中哪些地方发生了能够发出引力波信号的剧烈天体活动。


因此,引力波探测并不仅仅是一项技术上的突破,它能帮助我们探索宇宙、天体物理中的许多未解之谜


ChannelRadio和Greenpost自由记者:您是否期待获得诺贝尔奖?您知道自己被提名吗?当您得到获奖的消息时,您的第一反应是什么呢?


韦斯教授:啊,这真是太棒了!我认为这份荣誉是对我们上千名科学研究人员努力的肯定。这项工作确实让我们耗尽心力,从构思到建造探测器,我们奋斗了将近四十年。一开始也会失败,但是随着技术慢慢成熟,到最后探测到引力波信号,我们非常非常激动。通过引力波,我们更进一步了解到宇宙中的活动,这非常奇妙。我们都相信我们将会明白很多目前未知的事物。现在,我们更加了解黑洞,了解中子星。通过天体活动释放出的引力波,我们将能看到各种现象。这打开了一扇新科学的大门,帮助我们更加深入地探索我们的宇宙。


瑞典四台记者:当伦琴因为发现X射线获得诺贝尔奖的时候,他本人也许不会想到一百多年之后,他的X射线被广泛地用到日常医疗中。我想知道,您认为再过一百年以后,我们是不是会有小型设备来探测引力波?您推测一百年以后您的发现会有什么实际用途?


韦斯教授:这个问题很有趣,我要好好想想。从现在出发想象未来的话,应该是改进探测器的灵敏度,这样我们就能看到宇宙更深处的景象。特别是,如果我们希望看到宇宙最开始的阶段,现在的探测器还不够强大,也不够灵敏。比如说,我们希望能看到整个宇宙中的黑洞,这样就能知道宇宙在那时是如何演化的。随着时间的推移,我们希望探测器能越来越灵敏。数学计算告诉我们,在宇宙诞生伊始,有大量引力波背景辐射产生。通过射电天文学,我们能看到由最初的辐射波驱动的宇宙后期演化。而引力波会告诉我们宇宙最开始时的有趣信息,希望将来我们能够通过引力波来探索、研究宇宙学


瑞典国家新闻署TT记者:我想知道当您第一次听到引力波时,您的心情如何?


韦斯教授:在2015年9月,当我们第一次发现引力波的时候,很多人都不相信这是真的。因为我们有一个程序,会向探测器输入信号,所以我们一开始就是这么认为的。过了很长一段时间,大概2个月,我们才让自己确信,我们看到的信号是来自外部世界的,是真实的引力波信号。起初我们真的不敢相信我们探测到了。当我们探测到更多这样的引力波事件(来自黑洞的类似信号)后,我们就越发坚信我们成功了!

 

新闻发布会后记者采访


韦斯教授



最初想要建造引力波探测器时,我们非常谨慎。其他人也想过建造引力波探测器。1962年,苏联的一个研究组就考虑过这个问题,他们在苏联的期刊上发表过一篇小文章,虽然不是利用干涉技术,但也是用光线来探测引力波。约瑟夫·韦伯(Joseph Weber)是第一个真正考虑探测引力波的人,他发明了韦伯棒。但在后期,他认为可能需要使用干涉仪来探测引力波。韦伯在1969年宣称,他用三根韦伯棒看到了引力波。全世界,包括美国、欧洲、亚洲,都试图重复韦伯的实验,但都没有成功。


1967年左右,我在教授广义相对论时,萌生了最初的想法。我认为可以用更简单的方式来解释引力波和物质间的相互作用。考虑一个简单的问题,当引力波到来时,悬浮在3维空间中的物体间的距离将发生怎样的变化?我把这个问题作为课堂作业,布置给学生们。到了71年,大家(除了韦伯)都没能用韦伯棒探测到引力波后,我花了一个夏天来考虑,我想我当年的课堂作业也许能够用于探测引力波。这就是我对LIGO的最初设想。


我早期的主要贡献在于解决了多种噪声问题,这样我们最终才探测到了引力波。


引力波探测器需要非常精确。虽然我们的思路非常直接:测量引力波经过时,光线在两个垂直的方向上传播相同距离的微妙时间差。计算非常直接,有些物理基础的人都能完成。


难点在于,两个1012的因子需要解决。一个是激光的波长是10-6米,我们的设计需要准确到10-18米,这是第一个1012的因子。这不是最难的,但这是1972年到2015年我们解决的最主要问题之一。第二个问题更为困难,就是要排除热噪声、地震噪声等带来的影响,确保镜子不会因为这些噪声而产生大于10-18米的移动。由于地球运动会带来10-6米的影响,所以,这是另一个1012的因子。我们现在最为担心的是量子噪声。不过好在我们知道这些问题的存在,只是需要一些时间来解决。


空间是很难被扭曲的。假设我们发现的第一个引力波信号是由太阳发出的,那么它对地球运动带来的影响仅仅是10-6米。但是它的功率非常大,大约是1024W/cm2(太阳光的辐射功率大约是104W)。简而言之,引力波是整个宇宙中最亮的。引力波引起的空间扭曲是极小的,而我们测量的就是这么小的一个量。


我12月会来到斯德哥尔摩。(我之前来过一次,是诺奖颁发给John Mather和George Smoot的那次。我也曾是COBE项目的一员,和他们有过合作。)我愿意给中学生们讲讲引力波,希望他们能对此有更好的了解。毕竟,他们是引力波探测事业的未来。

 

索恩教授



我一直相信引力波是可以被探测到的。我所在的时代有激光、大型计算机,技术的发展日新月异,我们对于引力波来源的了解也发生了变化。中子星和黑洞是最强的引力波来源。而在爱因斯坦的时代,这些都还不成熟。所以,他曾怀疑引力波是否能被探测到。


在接下来的几十年,我想我们会看到很多。当现代天文学刚刚发展起来时,伽利略将他的望远镜指向天空,发现了木星的卫星。而现在,我们发现的是引力波。引力波能带给我们关于宇宙的信息。我们不仅能看到双黑洞,将来还会看到中子星碰撞、自转的中子星、脉冲星等等。2030年,LISA项目开始运行后,我们还能探索宇宙的起源。我们将来一定会有很多意外之喜。


引力波探测斩获诺奖在我的意料之中。我希望,这份荣誉属于LIGO-Virgo合作组,属于LIGO的科学家们,而不仅仅是Barish、Weiss和我。我们身处的这个时代,重大发现是大型合作组共同努力的结果。我期待诺贝尔奖委员会将来能用某种方式将荣誉授予整个大型合作组。

 

巴里什教授



科学目标和技术挑战是我的两大动力所在。技术挑战并非无法克服,我们需要知道如何建造足够灵敏的设备。在初代LIGO建成后,我们花了20年来提高灵敏度。现在,它已经相当精确。我们测到的第一个双黑洞合并引力波信号的真实大小,大约只有一个质子产生的效应的千分之一。我们能够如此精确地测量到引力波经过引起的变化,通过引力波的形状确定它的来源,这真是让人难以置信!这是对现代科技发展的证明,我们有最好的激光、调控和工程技术。这在50年前、30年前,甚至20年前都是无法达到的。




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