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韦伯深受刺激,越发相信自己是对的。也许有人会说,加尔文的实验效果比不上韦伯,因为加尔文的探测器比较小,建造得比较仓促,而且仅仅运行了一个月的时间。在任何情况下,任何两组实验都不会一模一样,做对比需要花很大的力气。作为一名科学家,韦伯有权利(或者更准确地说,有义务)指出对比实验中做得不对的地方。如果对比实验的逻辑不正确或者数据不充分,他是不可能认错的。
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在随后的25年时间里,约瑟夫·韦伯的境况依然非常艰难。贬低他的人抓住了他的几个大错,毋庸置疑,他的宣言是不对的。韦伯发现,在银河系的中心每24个小时一次出现在我们头顶上时,他就会搜集到若干异常数据。他断定,这些信号有可能来自致密的星系核,因为引力引发的大量活动有可能导致星系核发出强烈的引力波。在普林斯顿大学举行的一次学术研讨会上,韦伯通过图表告诉听众,在银河系的中心每24个小时一次出现在我们头顶上时,数据就会出现一个非常明显的峰值,这表明致密的星系核正在发出强大的引力波。天文学家托尼·泰森与约翰·惠勒、弗里曼·戴森一起,坐在听众席的前排。泰森回忆说:“听到这里,我们全都跳了起来,对他提出质疑:‘韦伯,稍等一下,引力波应该可以穿透地球,不是吗?’”韦伯的结论有一个问题:既然引力波可以穿过地球,那么无论银河系在我们的头顶上还是脚底下,他的探测器都应该能探测到一组异常数据,因此这个周期应该是12个小时。在被指出他的推理有误之后,韦伯重新分析了数据,并在两周后得出了每过12个小时就会出现异常数据的结论。这种不严谨的数据分析方式加剧了人们对他的不信任。
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托尼·泰森在贝尔实验室建造了自己的探测器。在运行了一年多却“没有任何收获”之后,他觉得自己应该立即停止这个实验。但是,有可能开创一个新的物理学分支的前景仍然令他心动不已,他难以抵挡这种诱惑,因此他决定进一步迎难而上。罗彻斯特大学的戴维·道格拉斯也建造了一台探测器,而且道格拉斯与泰森的探测器是一模一样的,以便探测在相距较远的两地同时发生的异常变化。在AT&T(美国电话电报公司,当时是贝尔实验室的母公司)的帮助下,泰森实验室、道格拉斯实验室和韦伯实验室实现了同轴电缆信号传输。其中一方可以将另外两方的数据直接下载到数字磁带上,然后独立进行数据分析。
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有一次韦伯宣布,他在做数据分析时发现,这些独立建造和运行的探测器采集到了某些异常数据,而且与他在马里兰大学的探测器所发现的异常数据是同时出现的。如果相距较远而且独立运行的机器同时发现异常数据,就可以证明他的宣言是对的:这些信号真的来自天文现象,而不是地球上的某些干扰因素造成的噪声。但是,道格拉斯与泰森没有发现任何异常数据。
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为了校准机器,泰森曾经故意在他的数据中注入一些虚假的脉冲信号。据泰森猜测,韦伯的数据中有一些噪声与这些虚假的脉冲信号正好同时发生,使得韦伯从这些噪声中提取了错误的信号。一头雾水的泰森说:“我记得,我们把注入校准信号的事告诉韦伯了,也许是我们忘记通知他了吧。”如果韦伯宣布的同步现象是这些错误信号造成的,那么他在任何地方都可以探测到这种同步现象。更让韦伯难以辩解的是,他们三人在记录数据时使用的是不同的时间标准。泰森和道格拉斯使用的是格林尼治标准时间,韦伯使用的则是美国东部的夏令时。如果韦伯在凌晨两点记录下一组异常数据,并且宣称泰森和道格拉斯的机器在凌晨两点也记录下异常数据,那么这两组数据之间其实有4个小时的时间差,所以它们并不是同时发生的。在任何情况下,发生这样的错误都会让人百口莫辩。最后,为了平息人们认为他存在主观偏见的指责,韦伯再也不参与数据分析了。但是,为时已晚,人们对他的态度不再友好。他有意识地欺骗自己、误导自己,以致产生了不切实际的幻想,发出了错误的宣言。结果,在一些公开程度非常高的研讨会上,这个骗局被揭穿了。韦伯备受羞辱,变成了一个令人不齿的骗子。泰森对韦伯做出了这样的评价:“他是一名伟大的电气工程师,也是一名糟糕的统计人员。”
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到20世纪80年代末,这位荣休教授只能自掏腰包,来维持实验室(一幢没有任何装饰、非常简陋的混凝土建筑,位于马里兰大学的校园里,在一片树林和一个高尔夫球场之间)的开支。据说,他还真的掏出了自己的钱包,证明他确实是“自掏腰包”。门口的牌子没有得到悉心维护,“引力波观测站”这几个字已经褪色,与之一起成为明日黄花的还有它曾经代表的骄傲与自豪。
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[1]1磅≈0.454千克。——译者注
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[2]1英里≈1.609千米。——编者注
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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6章 “40米”实验室
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Prototypes
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加州理工学院的校园里有一幢特殊的建筑物,从某个角度看,它的外形与拖车非常相似。这幢装有加州理工学院引力波探测器原型机的建筑应该是工程服务中央大楼的附楼,人们给它取了一个口语化的名字——“40米”。唯一通向“40米”入口的是一条小路,一点儿也不起眼。即使手上拿着苹果手机,借助它的精准的GPS(全球定位系统)软件,要找到这幢建筑也不是一件容易的事。电子地图令人摸不着头脑,它指示的位置既不在街道上,也不完全在校园的范围内。结果,我走过了一块工业用地,又走过了那条不显眼的小路。
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在走过了100码[1]之后,一直在闪烁着提示我当前所在位置坐标的手机响了。从电话传来的声音中,我听出杰米有点儿伤心。是啊,他辛辛苦苦地为我标注地图,但我还是找不到“40米”。“往回走,”他假装生气地说,“我来接你。”于是,我转过身往回走。
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杰米·罗林斯是雷纳·韦斯以前的研究生,近些年来一直在从事40米原型机的研发工作。我们往回走了没多远,就看到装货区外面停着一辆拖车。我用手指着车门,露出一脸疑惑的表情。他也表现得很困惑:“我给过你地图了啊?”
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一扇门代表一道门槛,说明我们从这里就可以进入这个临时性的建筑物。它其实算不上一幢建筑物,而是30年前草草搭建、为实验与研发活动遮风挡雨的一个临时性场所。没错,实验的核心操作主要是在一辆拖车里完成的。但是,实验室需要沿相互垂直的两个方向,安装40米长的管道。因此,任何与卡车大小相仿的设施都不可能满足这个条件。我没有参观它的外围,但是很明显,拖车的前面还连接着其他结构。人们就是躲在这个普普通通的单层建筑里,辛勤工作了几十年。现在,他们的劳动终于要出成果了。在下文中,我会想方设法地把他们的这项成果介绍给你们,因为这是一项值得花笔墨去介绍的成果。迈过这道门槛,进入拖车内部,就可以了解实验的具体情况。这项实验的目的是,通过发现不到探测器长度的十万亿分之一的空间变化,来证明引力波的存在。
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比例关系在极小与极大之间不断变换。信号非常微弱,但是信号源体积庞大;敏感度极其微妙,但是成功的回报特别丰厚;人类了解宇宙的雄心就像史诗遥不可及,但是天文学上的成就却像史诗那样荡气回肠。
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这幢建筑与这台40米原型机不属于任何一个人,团队中的任何人都不是不可或缺的。在一点一滴地组建起来之后,随着科研人员的更替,团队又经历了重组的过程。但是,无论站在机器后面的人是谁,这台机器都没有停止工作。许多学生在这片狭小的空间里学习成长,多年来“40米”实验室也更换了几任负责人。机器里的每一个零部件都经过了一系列程序,包括设计、审核、制造、测试、改进、记录、分析等,之后才与其他部分有机地结合为一体。即使是最有创造性的零部件也必须通过实施、剖析、讨论和重新构建等环节,才会在两台全尺寸的LIGO探测器(既不在加州理工学院,也不在麻省理工学院)上安装使用。在安装时,还要按比例放大所有零部件的尺寸,并重新调试。所有的体力劳动都必须按部就班地完成,在这个过程中,实验人员养成了足够的耐心,每一步都不急不躁、目标明确、立足长远。在这台原型机前忙碌时,他们并不像太空站里的工作人员那样动作缓慢,而是步伐稳健、从容不迫。有时候,实验室里几乎空无一人,因为人们都挤在控制室里,监控探测器的运行情况。
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进入加州理工学院“40米”实验室后,杰米扔给我一副护目镜,他自己也戴上了一副。他的护目镜与他的近视眼镜非常相似。我们套上纸鞋套,防止鞋上的尘土弄脏实验室的地板。鞋套只有两个尺码——一个是特大号,一个是小号——杰米示意我拿一双小号的鞋套。戴上护目镜、穿好鞋套后,我们经由一条狭窄的过道穿过一个房间,房间里有两名研究生,还有两名弯着腰坐在计算机前面的博士后。然后,我们又穿过一间狭小的控制室,那里有几台连接着光学仪器的黑白监视器。最后,我们打开一道双开式弹簧门,进入摆放着探测器原型机的房间。门楣上、门上和门的两边都贴有一些标识。直觉告诉我,这些都是危险警示标识,但是我不知道它们的具体内容。几周后,我给杰米写了封信,请他告诉我那些标识到底是什么意思。他在回信中说:
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危险
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闲人免进
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激光
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……
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这些标识可以起到很好的警示作用,防止人们随意闯进实验室。实验室既像瓷器店,又像工厂,因此在入口处需要用标识提醒人们小心谨慎,服从管理。从装鞋套的篮子到实验室的双开式弹簧门有一小段距离。走完这段路程,鞋套底部会沾上尘土。为此,他们在实验室门口的地板上放置了透明胶带,胶带可以消除鞋套底部的尘土。这样,实验室就更加洁净了。
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