宇宙音符，共同聆聽引力波發現背后的中國力量

文|東昇

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宇宙音符，共同聆聽引力波發現背后的中國力量

文|東昇

在積極融入頂尖課題的世界協同作戰之余，中國科學家也同時開啟了本土的引力波探測計劃

百年前，那個依然英俊的青年愛因斯坦經過十年的苦思冥想，參悟了時空和引力的本質，寫下了劃時代的公式。那個簡潔美妙的公式，被后世的另一個才華橫溢的學者約翰·惠勒總結為：時空命令物質如何運動，而物質引導時空如何彎曲。

百年后，經過幾代科學家一個世紀的不懈努力，終于站在一個新時代的起點，迎來人類探測到的第一個引力波信號——2016年2月11日，LIGO（激光干涉引力波天文臺）科學合作組宣布探測到來自GW150914雙黑洞合并事件的引力波。

在這個頂級世界難題的漫長求索中，許多科學家為此殫精竭慮，中國科學家也曾為攻克這個堡壘而煞費苦心。

壯志未酬

時間退回到34年前的夏天，地中海北岸。

為紀念科學巨匠愛因斯坦誕辰一百周年，1979年7月，來自世界各地的科學家聚集在意大利美麗的海濱城市里雅斯特，參加第二屆國際格拉斯曼廣義相對論國際會議。

這是中國科學家第一次參加這樣的盛會，中國物理學家陳嘉言由于在引力波研究方面的貢獻，被歷史性地聘為會議顧問委員會委員。

這也是中國的引力波研究第一次被國際社會認可。

世界第一個引力波檢測器的建造者、引力波研究的前驅、美國馬里蘭州立大學韋伯教授激動地說：“中國人也有自己的引力波探測器了！堅持下去，奇跡將可能由你們創造！”

可隨之而來的，竟是遺憾。1982年4月9日，剛從上海審稿回來的陳嘉言風塵仆仆地投入工作。中午，同事們都下班了，陳嘉言鉆進天線的真空罐中，對實驗設備進行檢測。悲劇在此時發生了——12時16分，陳嘉言不幸觸電，因公殉職。

他的身邊，還放著儀器和剛記錄下各種數據的筆記本。

“引力波探測是當代科學難題，也許我這一輩子還找不到它，但我堅信它必將會被認識和掌握。當它的存在一旦被證實，不少物理概念將要重新樹立，其認識價值是巨大的。我愿做引力波探測長途中的一顆鋪路砂子。”陳嘉言的科學信念至今仍令人感懷。

從那以后，由于人才隊伍接續等問題，中國的引力波研究停滯了十多年。直到2008年，在中科院力學所國家微重力實驗室胡文瑞院士的推動下成立空間引力波探測工作組，引力波的中國研究才再啟征程。

“坐穿板凳”的沉潛定力

令人欣喜的是，盡管有著一段空白歷史，但在這次劃時代的引力波探測中，中國科學家并未缺位。

憑借高精度的數據分析能力，中國科學家“凈化”了引力波探測中的干擾信號，與全世界頂尖科學家“協同作戰”。

清華大學信息技術研究院研究員、LSC理事會成員曹軍威正是這支“凈化之軍”的負責人，他參與了引力波數據計算和分析的工作，并時刻關注著LIGO的工作動態。

“國內研究團隊不應該在這樣的頂級研究領域落后。”曹軍威組織創建了清華LIGO工作組，由來自信研院、自動化系、計算機系和工程物理系的教師和學生組成。他們采用先進計算技術提高引力波數據分析的速度和效率，得到了國際同行的認可。

2009年，清華被LIGO科學合作組織（LSC）接受為正式成員，也是目前中國大陸唯一的LSC成員。

“這次發現的確美妙和激動人心，但日常工作中的海量數據分析并不總是令人愉快。”曹軍威介紹，LIGO數據的采樣頻率特別高，達到每秒1.6萬次以上，采樣信道達上萬個，數據量大，需要先進的計算機處理技術做支撐。

對于這樣的海量處理，需要的是“坐穿板凳”的沉潛定力——“漫長的時間里，LIGO探測器并沒有達到設計精度，是探測不到真正的引力波信號的，可以認為實際大家在處理的全都是噪聲，可就是在對這些噪聲的一點一滴的處理中不斷積累經驗，不斷提升儀器的精度，才有了今天的探測靈敏度”。

共同走進“引力波”時代

在積極融入頂尖課題的世界協同作戰之余，中國科學家也同時開啟了本土的引力波探測計劃。

西南貴州，在形成于4500萬年前的巨型天坑中，科學家與工程師們正在建造面積相當于30個足球場的世界最大單口徑射電望遠鏡。它像一只龐大而靈敏的“耳朵”，將捕捉來自遙遠星塵最細微的“聲音”，洞察隱藏在宇宙深處的秘密。

“大耳朵”的正式名稱是：500米口徑球面射電望遠鏡（簡稱FAST）。這項中國有史以來最大的天文工程，總投資將超過11億元，2011 年3月動工，預計2016年9月竣工。建成后，這座射電望遠鏡在未來20至30年將保持世界一流地位。

“LIGO的實驗打開了一個觀測宇宙的新窗口，也使我們對于FAST獲取更豐富的天體物理信息，推動物理前沿發展，更有信心。”中科院國家天文臺射電部首席科學家李菂說。

除了FAST，還有更多的引力波探測計劃逐漸浮出水面——

2016年2月13日下午，中國科學院高能物理研究所發表官方微博：“你知道嗎？目前，我國主要有兩大引力波探測項目：中科院高能所主導的‘阿里實驗計劃’和中山大學領銜的‘天琴計劃’。一個是在地面上聆聽引力波的音符，一個是到太空去捕捉引力波的聲響。”

2016年2月16日，中國科學家公布一項新的空間探測引力波計劃——“太極”，計劃在2030年前后發射三顆衛星組成的引力波探測星組。

激光干涉裝置、射電望遠鏡、探測衛星……當人類共同走進“引力波”時代，這一激動人心的發現所帶給我們的啟示，對中國科學界似乎同樣極具價值。

▲中國在西藏阿里天文基地探測引力波。