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20号楼就是一个明证。崇尚创造力、自由以及其他优秀品质的美国人,纷纷涌入这个科研“圣地”,开始了孜孜不倦的研究工作。战场上取得的胜利令美国人趾高气扬,也为“夹板宫殿”里的研究提供了动力,让这种与其说是紧张不如说是愉悦的探索研究工作持续了50个年头。战争留下的另一笔遗产是与这类研究相配套的资助体系。雷纳认为,他之所以回到麻省理工学院当老师,就是因为军方资助所具有的自由性。雷纳说:“我甚至不需要提交申请报告,而是直接去找实验室的负责人,他们就想办法为我筹集了5万美元研究经费。这可是一大笔钱啊,我用这笔钱购买了材料,建造了这台原型机。”
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在“夹板宫殿”奇怪的学术氛围中,研究成果要么发表要么舍弃的压力不像外界那么大,这使得雷纳摆脱了各种烦琐的规则,以高标准完成自己的研究工作。专业期刊绝不应该刊发任何不完整的研究结果、没有成功实现的想法以及粗制滥造的实验。在学术界疯狂的论文发表潮流中,不乏投机钻营、功利主义的成分,而这正是雷纳避之唯恐不及的东西。他说:“我的短板之一是没有发表多少研究成果,有好几次我都因为这个问题陷入困境。我也不知道最终会怎么样,也许会万劫不复吧……后来,我因为这个问题也吃了很多亏。”
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雷纳敢于尝试,注重实际,讲求效率,但是没有政治野心。他做实验的动机非常单纯,就是出于好奇心,对自己的职业发展规划却漠不关心。他说:“我甚至没有考虑终身教授申请年限的问题,这不是我应该考虑的事情。我是一名教授,既然他们聘任了我,我就应该尽自己最大的努力做一些有价值的事。让那些乱七八糟的东西见鬼去吧!”他的洒脱让他能够专心做研究,敢于冒险,也让他显得特立独行。人们对产生引力波的天体现象仍然知之甚少。实验需要大量投入,但是前景渺茫进展缓慢,而且不知道是否具备原型机发挥作用所需的外部条件。因此,即使他成功地制造出这台机器,最终仍然有可能徒劳无功。
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“有人告诉我,系里担心我终将一无所获。他们认为我从事的项目不切实际,建议我脚踏实地地做一些能迅速见到成果的研究。我能接受这样的建议吗?当然不能,我只想研究一些有价值的重要问题,我才不关心需要耗费多少时间呢!
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“伯尼·波克是天体物理部门的负责人,后来成为我的指导老师。我并不愿意伯尼担任我的指导老师,但是有什么用呢?他坚持做我的指导老师,伯尼的处事方式就是这样。他不停地敲打我:‘你研究的这些东西没有任何意义。看吧,如果你固执己见,你将永远做不成终身教授!’(当时我连终身教授是什么,也没有搞明白。)”
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雷纳不可能要求学生在探测器这个项目上花费太多时间。攻读学位需要学习和掌握大量科技知识,而这个项目的生命周期将远远超过学生们攻读学位所需要的时间,尽管雷纳没有说明两者之间到底相差多久。此外,雷纳也承认,他的同事肯定会对他的这个想法嗤之以鼻。完全符合要求的机器,还是一个遥不可及的梦想。同时,他的这个创意不仅需要灾难性的天文现象引发时空振荡,而且振荡的程度必须足够强,才能被机器捕捉到。更何况,符合这些条件的天文现象也许根本不存在。面对不绝于耳的质疑声,雷纳无言以对。
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此时,雷纳面临着科研道路上一个司空见惯的抉择。要实现科研目标,雷纳需要制造无比庞大的机器。这台机器至少长几公里,比原型机大好几千倍,甚至比麻省理工学院的校园还大。这么大的规模实在令人匪夷所思,足以成为该项目被放弃的理由。另外,在成果发表方面,雷纳仍然没有任何进展。他的学生只好改换门庭,纷纷转投其他主流项目。雷纳本人也差点儿没有得到终身教职,得不到终身教职就相当于被辞退。祸不单行的是,美国军方联合勤务部门突然停止了对实验室的资助,导致那种舒适惬意的探索研究氛围一下子就不复存在了。“这一切变故的罪魁祸首是越南战争……遗憾的是,在越南战争的影响下,美国国会通过了曼斯菲尔德修正案,这让我陷入了麻烦……从此以后,美国军方的资助就停止了。事实上,科研团队与美国军方是签订了资助合同的,但是后者莫名其妙地就忽视了这个事实。这种情况非常糟糕,要知道,越南战争让美国人深恶痛绝,停止资助是反越南战争运动的一个部分……但是,我的研究项目与军事没有任何关系。于是,我写了一份申请报告,这是我平生第一次写这样的报告。”
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1973年前后,雷纳写了一份申请报告,请求美国国家科学基金会同意他使用原型机继续他的研究工作。但是,这份报告遭到了拒绝。由于得不到资助,又不能用有前景的规划将学生留在实验室里,雷纳只好改弦更张,集中精力从事另外一项宇宙学实验——测量大爆炸的余光。(说到这里,雷纳表达了对伯尼·波克的感激之情。正是因为伯尼的干预和一些有益的建议,雷纳和他的学生才能够摆脱困境,去进行一些重要的宇宙学实验。)在新的研究领域里,他卧薪尝胆,取得了不错的成绩,但他当初那个有点儿疯狂的创意似乎要被束之高阁了。
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申请报告遭到拒绝,雷纳感到十分失望。大约一年之后,马克斯·普朗克科学促进协会的一位德国物理学家给雷纳打了一个电话。雷纳回忆说:“给我打电话的是亨兹·比林斯。他希望了解探测器制造工作取得了哪些进展……他们对我的这个创意十分感兴趣,希望了解后续内容。”雷纳一直躲在20号楼里研制这台探测器,除了在一次内部报告中提过,他再也没有公开他的研究工作。那份内部报告也许会在小圈子里流传,但绝不会出现在福斯图书馆里。因此,他实在想不通比林斯是如何得知这台探测器的。对于这个问题,比林斯的回答是,他的消息来源于雷纳提交到美国国家科学基金会并遭到拒绝的那份申请报告。雷纳怀疑,国家科学基金会肯定广泛征求了意见,引力波研究领域中的所有相关人员可能都收到了雷纳的这份申请报告。
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“当时,我们的研究进展并不顺利。但令我们意想不到的是,他们也开始了这方面的研究。我的意思是,他们非要这么做的话,我们是无法阻止的。事实上,马克斯·普朗克科学促进协会的研究团队资金充足,已经完成了早期研发阶段的大部分工作。我一直都很羡慕那些研究资金十分充裕的人。他们有资金,还有一大群经验丰富的专业研究人员……因此,他们启动了探测器研究项目(当时大概是1974年),而我的研究却陷入了举步维艰的境地。”
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对于德国人取得的进展,雷纳既高兴又羡慕。他向美国国家科学基金会提出抗议,因为他的申请遭到美国的否决,而德国人却以最有意义的方式对他的申请表示支持。他的理由非常充分,美国国家科学基金会迫于压力,为他拨付了一笔足以完成原型机制造的资金。此时,由于资金充足,精心组建的德国工程师团队“已经在探测器研制工作中,取得了喜人的成绩”。德国人的探测器有3米长,外观十分漂亮,但是与雷纳的探测器面临同样的问题:体积过小,无法探测到引力波。因此,这台探测器不具有任何实际价值,不过是探测器的微型模型。
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雷纳的创意已经散播出去,变成了某种实实在在的机器,而且尺寸不断增大,技术也在不断发展。其他科研人员在了解这个创意之后,利用手头的工具,将一个个抽象的概念变成由金属和激光构成的实物。雷纳的劣势非常明显,他知道横在自己面前的是一条难以逾越的鸿沟。最终建成的全尺寸探测器应该是让人们为之疯狂的天文学仪器,也是将声频工程技术发挥到极致的录音装置。但是,他没有办法实现这个目标,只能眼睁睁地看着其他人将这个美丽的梦想变成现实。他默默地守在实验室中,在新老学生的交替中,悄悄地从事着探测器的相关研究。与此同时,他也在其他的前沿实验中取得了一些成功。雷纳的人生道路始于制造高保真音响以便能“轻松听音乐”的梦想,而现在,他躲在一个毫无竞争力、破烂不堪的实验室中,为一个走在世界前沿却被低估的项目不懈努力。
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雷纳说道:“就在这时候,我结识了基普,之后我的人生发生了重大变化。”
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[1]埃利斯岛在1892—1943年是美国的移民检查站。截至1943年,估计有1 700万移民在该岛上接受移民局审查进入美国。——译者注
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引力波:发现爱因斯坦广义相对论缺失的“最后一块拼图” 第3章 广义相对论
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Natural Resources
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基普·索恩是一位偶像级的天体物理学家,也是一位才华横溢、有影响力的相对论学者。他下颌上蓄着倒三角形白色胡须,在周围深色络腮胡子的反衬下,就像从栗色翻领下露出来的白色衬衫。他留着一头飘逸长发的日子早已逝去,但他在20世纪六七十年代的放荡不羁的风格始终鲜明。作为一名天体物理学家,基普的业内影响力几乎无与伦比,以至于任何关于他的溢美之词反而会令人诧异。他的具体信息,包括发型、身高、肤色等,都受到了人们的过分关注,甚至被放大到近乎扭曲的程度。
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20世纪70年代末,基普已经是加州理工学院的一名颇有建树的教授了,但他仍然希望从事一些“大”项目。基普的专业是理论研究,由于知识渊博、治学严谨,因此在高度抽象的研究领域,他可以纵横捭阖、挥洒自如。但是这一次,基普希望加州理工学院开展一些具体的观察研究。基普觉得自己拥有种种有利条件,再加上满腹经纶,因此他有义务探索宇宙的奥秘。在一次美国东北部的旅行中,他一直在思考一个问题:“既然我拥有如此多的有利条件,我到底应该做些什么呢?”为了寻找灵感,他迈着轻快的步伐,在陌生的街道上漫无目的地走着。也许他并没有抬头仰望,用采矿人员评估珍贵矿藏的眼神认真地审视天空,但是宇宙中蕴藏的财富的确勾起了他的觊觎之心——他考虑可以将宇宙中的哪些财富“窃取”到地球上来。最后,他断定,他应该带领加州理工学院走上引力波探测这条道路上来(这更有可能是灵光乍现的想法)。
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基普·索恩一家搬到犹他州的时候,那里还没有修建铁路。索恩家族的上几代人都是传统的摩门教徒,他的父母受过教育、提倡男女平等,这在当时的社会环境中是一种离经叛道的行为。基普的父亲怀恩·索恩是一名土壤化学家,在犹他大学任教。由于当时的法律禁止任人唯亲,基普的母亲艾莉森·科尼什·索恩无法与她的丈夫在同一所学校任教,尽管她拥有经济学博士学位。她在学校里开展了一个妇女研究项目,但不担任任何正式职务。在基普的父亲去世多年后,他的母亲把全家人召集在一起,宣布集体脱离教会,以抗议教会歧视女性的行为。(当指明全家人包括母亲、三个女儿和两个儿子时,基普俏皮地说道:“我们是一个信奉摩门教的小家庭。”)教会倾向于将女性排除在外,但是不愿意放弃男性教徒。基普笑着说道:“我们费了好大力气才说服教会同意我们一家人的退会要求。”基普的母亲去世后,当地报纸在头版头条为她刊登了讣告:“激进的老太太去世”。时至今日,基普对母亲的敬意依然丝毫不减,我想他的自由精神(我想不出有哪个词语可以更准确地描述基普)可能就是源自他的家庭。
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基普从小的志向是开铲雪车,但是8岁那年,母亲带着他参加了一个天文学讲座,他的职业规划从此发生了变化。基普与天文学的初次接触具有很强的偶然性,实际上,从小在犹他州长大的他数学成绩非常好,成为一名天体物理学家似乎是注定的事。在遇到名师约翰·阿奇博尔德·惠勒之前,他早已放弃了当铲雪车司机这个儿时梦想了。
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1952年,惠勒在普林斯顿大学首次开设了相对论方面的课程,比基普到普林斯顿就读的时间大约早10年。惠勒开设这门课程的目的是以教促学、教学相长,这是物理学教授们经常采取的一种策略。从此以后,惠勒把他的余生全部奉献给了广义相对论研究。他一生指导了46名物理学博士(其中最有名的毫无疑问是理乍得·费曼)。惠勒不仅为美国培养了包括基普在内的第一批重要的相对论学者,还为随后一批批相对论学者的培养创造了有利条件,他因此被奉为“美国相对论之父”。我至今仍记得惠勒参加普林斯顿午餐会(出席午餐会的来宾要向在座的人介绍自己的研究)的情景。当时,惠勒已经80多岁了,他坐在那儿,就像王室成员一样引人注目。由于听力已经衰退,他必须借助一只喇叭状助听器与人交流。(不过,我不确定那个喇叭状助听器是不是我臆想出来的。)
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在研究相对论之前,惠勒参与了核武器项目的研究。从1942年至第二次世界大战结束,他一直在从事钚反应堆的设计与使用等工作。这些钚装置功能强大,预计可以产生2.5亿瓦的能量。如果用于照明,即使不足以让两个时代广场灯火通明,也相差不远。这些原始电能被封存在一个装置之中,由战斗机携带至目标上空后投掷到地面,其爆炸后释放的能量相当于2万吨TNT炸药爆炸产生的能量。钚原子弹在美国的沙漠被成功引爆后,尤里乌斯·罗伯特·奥本海默引用《博伽梵歌》中的语句,发出了“现在,我化身为死神,变成了无尽世界的摧毁者”的感慨。这一幕给世人留下了深刻的印象。不到一个月的时间,铀裂变成名叫“小男孩”的核弹在广岛上空爆炸,三天后,钚裂变成名叫“胖子”的核弹在长崎上空爆炸。
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在意识到自己肩负的公民义务之后,惠勒毅然面对使命召唤,将个人牺牲与家庭压力抛到脑后、投笔从戎,参加到这场战争中。在此之前,他经常坐在普林斯顿大学数学系大楼的茶歇室里,一边享受可以与英国大学相媲美的优雅氛围,一边通过收音机了解战争的进程。尽管他与一些流亡学者是好朋友,与艾尔伯特·爱因斯坦的关系也非常亲密,但是他认为关于德国人暴行的传闻根本不可信,都是谣言。惠勒是德国物理学会的会员,他可以接触到德国人的宣传材料。据惠勒描述,他的同事们看到他若无其事地阅读那些宣传材料时都感到焦虑不安。惠勒在回忆录中写道,因为同情德国和相信德国的统治有助于维持欧洲稳定,他遭到了父母的训斥,直到后来随着战争的推进,他对德国的同情心才消失。随着越来越多的新闻报道德国人的暴行,惠勒终于充分认识到自己的错误。他在回忆录中坦承自己的判断是错误的,还谈到了他的父母对这件事的看法。惠勒写道:“50多年过去了,现在几乎记不清我当时是怎么想的了……尽管我不遗余力地为打败德国纳粹贡献自己的力量,但是我始终坚信,无论是哪个国家的人,其本质都是好的……战争接近尾声时,我有了更深入的了解,但是直到我于1947年参观了奥斯维辛集中营,我才真正地了解到德国法西斯有多么残暴。”
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