追逐宇宙引力波的人

文/高荣伟

工匠天赋和街头智慧，引领他走向成功。

曼哈顿长大的调皮生

雷纳·韦斯出生于德国柏林一个犹太家庭，二战前夕，为逃避德国的政治动荡，举家搬往布拉格，继而在1938年搬迁到了美国。

韦斯在纽约曼哈顿上西区长大，是一个拥有“工匠天赋和街头智慧”的孩子。尽管韦斯偶尔会逃课，看上去也确实像个街头小混混，并且曾在一次街头争斗中被打折过腿，但韦斯并不是一名差生。“他很聪明，对所有事情都感兴趣。韦斯的科学能力在学校受到广泛认可。”韦斯在哥伦比亚语法和预科学校的同学、已从杜克大学退休的心理学家迈克尔·华莱契如是说。

韦斯走上科研道路有着不少机缘巧合。韦斯展现出过人的实验动手能力，最初是在电影院里的一场火灾后。这场突如其来的火灾使得电影院里的扬声器等设备成了无主之物，而韦斯把这些无主之物搬运到自己的家里摆弄。

此时，正值二战结束不久，许多原来军用管控的变压器、真空管等物资一下子堆积成山。这些电子器件都成了他的“囊中之物”。他还会购买一些军队剩余的配件，搭配着满大街找来的器材，然后在卧室修理。令人吃惊的是，他居然捣鼓出不少质量出众的无线电收音机，以及高保真音响设备——高保真音响这个概念还没出现的时候，韦斯就捣鼓出了这么一个东西。

凭借着自己的手艺，韦斯在纽约的犹太人圈子里渐渐小有名气，因为常常有人慕名而来，围坐在他的收音机旁收听纽约爱乐乐团的演奏。韦斯甚至一度同当地恶棍达成协议：如果他们在他往返于地铁站搬运收音机时能置之不理，他便会帮其修理收音机。

驱使他走进大学并走进科学殿堂的，正是这段DIY的经历。韦斯发现，靠他半吊子的数学水平，总是无法解决自制留声机的刺耳噪声问题。这是他决心报考麻省理工学院的一个直接动因。“直到进入麻省理工学习的时候，我才知其然，也知其所以然。”

年轻气盛的韦斯在大学期间坠入爱河，并为了爱情冲动地选择退学。不过，他很快又重返麻省理工学院，最终取得博士学位。在塔夫茨大学和普林斯坦大学工作一段时间后，1964年，韦斯担任麻省理工学院物理学教授，一直至今。

韦斯设计的课堂练习

在此后长达近半个世纪的科研道路上，韦斯为自己赢得了全球著名物理学家的声誉，并且为了寻找引力波，长期致力于LIGO研究。

早在1915年，爱因斯坦在广义相对论中预言了引力波的存在，但就连爱因斯坦本人也想象不到，能通过什么样的方法探测到引力波。

20世纪60年代，马里兰大学的约瑟夫·韦伯认为“如今寻找引力波需要的技术条件可能已经具备”，并发明了一种探测方法。他想象有一种具有极大质量类似木琴的东西，称为谐振棒（也称韦伯棒），当有引力波穿过时，谐振棒会在不同方向被拉伸和压缩，同时产生一个脉冲信号。当引力波的频率恰好和谐振棒的频率相符时，就会产生可被探测到的声音。这是寻找引力波的第一个实践，韦伯当时宣称发现了引力波。

此时，韦斯正在麻省理工学院任教。“我在教授课程时，学生也很有兴趣去了解这方面的知识。说实话，当时我觉得可能一辈子都弄不明白韦伯在做什么。因为这与我当时对广义相对论所有的认知相左，所以我也无法向学生解释。”这就是韦斯一开始研究引力波时的窘境。

直到一年后，韦斯才意识到韦伯的实验可能“有些问题”，因为其他人都没有得出他的结论。或许是韦伯的实验方法有问题，甚至是整个理论体系都出了问题。

韦斯思索：用什么方式能够最简单地向学生展示引力波的影响呢？一个很显然的方案是：对在太空自由飘动的物体，测量光线在它们之间往返所需的时间。如果存在引力波，光传递的时间会有变化。通过对传递时间差异的观察，可以测量引力波的振幅。“这一过程的公式很容易编写，绝大多数学生都能做到——请忽略当时并没有精密仪器去做测量，而仅仅停留在脑力实验这一事实。”韦斯补充道。

韦斯坐在被称为“胶合板宫殿”、位于瓦萨大街20号楼的一个小房间内，花了一整个夏天研究他的想法。“我想到了激光，我们是否真能用它来探测引力波？”答案是肯定的，激光绝对是一种比韦伯的方式更有力的验证手段。很快，韦斯发明了干涉引力波探测器，并联合创立了美国国家科学基金会LIGO项目。

LIGO项目很快由理论变成了实践。为“捕获”引力波，美国国家自然科学基金会于上世纪90年代在路易斯安娜州利文斯顿和华盛顿州汉福德各建造了一个“激光干涉引力波天文台”。迄今为止，LIGO已汇集了来自美国本土的大学，以及来自全球15个国家、超过950位的科学家。很难想象，50年前，LIGO仅仅是韦斯设计的一项课堂练习。

天文学有了“耳朵”

当美国国家自然科学基金投重金开工建造LIGO时，与之相伴而来的是不停的质疑和反对声音。然而，这一切都不能动摇韦斯对于探测宇宙引力波的信心。

2015年9月14日，美国位于华盛顿州和路易斯安那州的两台LIGO探测器完成升级，刚刚开始运行的几分钟内就幸运地探测到了第一例编号为GW150914的引力波。这一发现被称作“上帝的礼物”。

2016年2月，LIGO团队向全世界宣布，成功探测到来自于两个星级质量的黑洞合并的引力波信号。韦斯是参与新闻发布会宣布上述消息的四位科学家之一，他说：“引力波的发现漂亮地印证了爱因斯坦在100年前的预言。如果我们有机会告诉他这件事，我真想看看他脸上的表情。”韦斯感慨道：“爱因斯坦是对的，这是多么了不起的洞察力和直觉。”

尽管经过长途跋涉，到达地球时引力波信号已极其微弱，但足以有希望掀起一场天体物理学的革命。“引力波是人类观测宇宙中最剧烈事件（黑洞融合）的全新方法，也是检验人类知识极限的新途径。”在哥伦比亚大学物理学教授绍博尔齐·马尔卡看来，人类此前的天文学发现都好似“眼睛”，而引力波的发现意味着人类长了“耳朵”。他表示，引力波携带大量信息，它的发现可帮助科研人员更好地了解黑洞。

学界普遍认为，引力波的发现是物理学和天文学的一项重大突破。LIGO直接观测到引力波，为天文探索开创了一个新方法，而它首先侦测到的非凡事例，开启了人类探索宇宙的一扇大门，甚至可能揭开宇宙诞生早期的奥秘。

当获知自己获得诺贝尔物理学奖的消息时，韦斯说∶“我感到一种巨大的解脱和喜悦，但其实更多是解脱。有一只猴子坐在我的肩上长达40余年，它一直在我耳边唠叨，说：嗯，你怎么知道这真的能够成功？你已经把一大堆人拉了进来，但如果是错误呢？突然，它跳走了，这实在是巨大的解脱。”