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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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实验物理学的实验室可能与我们之前进入的任何房间都不同。这里的灯光不会考虑美学效果,个个都非常明亮,甚至很刺眼。机器的“嗡嗡”声不绝于耳,有的时候听不到发动机的轰鸣声,而只能听到计算机设备的电扇发出的微弱声音。这里从不使用任何专门定制的吸音材料,机器的声音清晰可辨,仿佛某个后工业时代的实验性管弦乐队在演奏。
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室内有两条不锈钢管道,各长40米,直径约为半米,相互垂直成L形,实验人员把它们称作干涉臂。干涉臂的某些部位连接着电线,旁边有非常狭小的空间,供人们通行。待在实验室里,护目镜不断地从我的鼻梁上滑落,这让我感到有点儿焦躁。
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我问杰米:“这些护目镜的滤光效果怎么样?”我想也许没必要戴它吧。
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“效果非常好。哪怕只有一个光子从激光束中逸出,进入房间,再进入你的眼睛,你就彻底完蛋了。(我确信杰米有点儿言过其实。)一定要戴好护目镜。我们把真空的光学室搬到了大气中。一整个星期,我一直跟这台机器待在一起。工作压力太大了。”
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在接下来的参观过程中,我一直用一只手将护目镜牢牢地固定在我的脸上。
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20世纪80年代初,德雷弗倾其所有,帮助加州理工学院建造这台40米原型机。他曾经认为这台40米原型机是他自己的,他还说过,“我以为我们已经达成共识了。”但是,其他人并不这样看。
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德雷弗从未考虑过探测器的所有权问题,他认为探测器不属于雷纳或者其他任何人。公平地说,雷纳也没有动过这样的念头。雷纳毫不犹豫地指出,只要认真研究一下历史,就会发现他不是第一个想到利用激光干涉仪来探测引力波的人。早在20世纪70年代,“就有一个美国人在从事这方面的研究。我了解他的一些情况,他是韦伯的学生,名叫鲍勃·富沃德……当时,他正在思考这个问题。你瞧,这……不是我一个人的想法,其他人也有类似的想法。”
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1997年,德雷弗在几次访谈中都说过,“有一个名叫鲍勃·富沃德的家伙,也在从事相关研究”。当时,富沃德在马里布市的休斯飞机公司工作。在他的劝说之下,公司同意他建造引力波探测器。
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雷纳回忆说:“我与一个家伙讨论过这个想法,那个家伙又把它透露给富沃德。富沃德声称这个灵感来源于我,是一个名叫菲尔·查普曼的家伙告诉他的。我认为他的说法不准确,因为这个想法其实源自韦伯,韦伯也曾经考虑利用激光干涉仪来探测引力波。
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“事实上,我们是后来才知道这个了不起的想法的。基普做过一些调查研究,发现早在我之前,莫斯科国立大学就有两个苏联人(格森施泰因和普斯托瓦伊特),已经在苏联的《实验与理论物理学杂志》上公开发表了这个想法。我当时不知道这件事,也不知道他们的姓名。不过,这两个人的名字现在经常出现在我们的论文里。他们有一个不太成熟的想法——利用光来精确测量距离。这个想法与鲍勃·富沃德以及韦伯的想法不谋而合。就这样,探测器实验在不同的地方分别展开。我的贡献是完成了噪声分析,从而确定了这个想法是切实可行的。我觉得这也是一项比较重要的工作,我这样说并不是故作谦虚。”
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雷纳还解释了他当时的一些想法:“实验尚未完成,仅有一个初步的想法,在这种情况下,你一般是不会将它公之于众的。但是,我的内心有个声音说,要把这个想法用某种形式展示出来,于是我把它写进了季度进展报告……那是一份内容十分丰富的长篇报告。然后,我就再也没有公开发表任何内容了。事实上,那份报告为整个实验奠定了基础。”
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基普也主动谈到了雷纳所完成的噪声分析的重要性。这里的噪声是指使机器发出声音的所有因素,包括路上行驶的车辆、地震和激光的量子涨落等。基普评价那份季度报告是一个“壮举”。格森施泰因和普斯托瓦伊特的论文是用俄语写的,文章清楚地介绍了他们的基本思想,但没有评估噪声的影响,也没有评估可行性。基普强调:“把这个想法变成现实的人是雷纳。雷纳明确了早期的引力波探测器必将面对的所有主要的噪声源,并设计了若干应对措施。此外,他还利用一台具备这些应对措施的机器进行了噪声分析。雷纳对自己的这项工作的肯定并不足以说明它的重要性,现在回过头看,这绝对是一个了不起的壮举。”
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雷纳告诉我:“我之所以没有公开发表论文,是因为这仅仅是一个想法。我现在仍然坚持这个观点。我还不具备发表论文的条件,但是我希望有一天可以发表论文。这是我需要解决的麻烦,从哲学的角度看,这个问题非常重要。我不知道你怎么看待这个问题,但是有一个想法与将这个想法付诸实施是两件截然不同的事。有的人有了一个想法之后,就会在杂志上公开发表。他们成为这个想法的拥有者,但是他们没有花一点儿力气把这个想法变成现实。对于这样的人,我十分反感,因为他们没有付出任何艰辛的劳动。有资格享有荣誉、公开发表论文的,应该是把想法变成现实的那个人。”
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20世纪70年代,罗纳德·德雷弗打了一个法律的“擦边球”,通过放大微缩胶卷副本的方式,得到了雷纳在麻省理工学院内部发表的那份季度进展报告。英国团队有过一些疯狂的想法,其中就包括激光,但是德雷弗不确定他们的想法从何而来——这是他们灵光乍现的产物,还是来源于德国人的创意或者是雷纳的报告。格拉斯哥团队的研究经费非常少,而激光的费用似乎高得离谱儿。仅激光器的成本就接近一万英镑,这个价格似乎太高了,足以让他们改变研究方向,多耗费几年时光。德雷弗看过雷纳呈交美国国家科学基金会的报告,他也非常支持这个项目。德国的比林斯也迅速展开了探测器研究,他们之前放弃的某些想法就涉及激光,但是雷纳的报告促使他们将想法付诸行动。
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