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1700935937 “接下来,加州理工学院的人很快就会发现,麻省理工学院的研究进展非常缓慢。我的意思是,加州理工学院的动作非常快,而麻省理工学院却快不起来。
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1700935939 “接下来的情况是,麻省理工学院消极怠工,而加州理工学院迅速接手了这个项目。这让我感到非常恼火,你也许能理解我的心情。我对那些人的怒火一直没有平息。我指的不是加州理工学院的那些人,他们拯救了这个项目。让我怒火中烧的是麻省理工学院的那些人。”
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1700935941 (后来,雷纳又补充道:“我说的都是那时候的事,而不是现在。”麻省理工学院作为一个集体,在20世纪90年代中叶经历了管理层的更迭。之后,所有人的心态都发生了变化。“从那以后,麻省理工学院对这个项目的支持力度非常大。这一点十分重要。”)
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1700935943 罗纳德前往加州理工学院时,并没有考虑加州理工学院与麻省理工学院开展大规模合作这个背景因素。他认为,单凭他自己心灵手巧的优势,就可以建造出一台足以满足科研要求的小型激光干涉仪。雷纳的观点与罗纳德相悖,雷纳认为这不现实。但是,罗纳德不会轻言失败。基普对罗纳德的看法与雷纳一样:“他根本不属于我们这个世界。”他们的合作,将使这个项目不再是遥不可及的梦想。基普希望可以说服罗纳德,但是雷纳告诉他:“这个项目是一个金娃娃,已经被罗纳德抱在怀里了。”
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1700935945 说到雷纳,罗纳德忍不住抱怨道:“我觉得他试图强行插手我们正在开展的项目,而且他非常好胜……尽管我们之间的关系比较友好,但也会产生各种各样的矛盾。”他接着说道:“我说过,在这方面,雷纳·韦斯很早之前就有想法了。不过,他的实验规模一直非常小,进展缓慢,未来也不会太快。我觉得,我在加州理工学院从事这项工作的时候,我们制造的机器比雷纳·韦斯的原型机先进得多,在所有方面都更加优秀。雷纳取得的成果非常有限。从本质上看,他的激光干涉仪非常小,效果也不好。我认为,原因不在于机器的尺寸太小,而是设计不太合理。”(显然,雷纳并不同意罗纳德的这些观点。)
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1700935947 罗纳德听说“蓝皮书”计划之后,他震惊不已,也深感不安。他认为,在这些小问题得到解决之前,他们不应急于求成,投入数额惊人的资金,启动大规模项目。此外,他肯定还认为不应该由雷纳负责这个项目。罗纳德希望先建造中等规模的机器,然后按部就班地扩大规模,因此,雷纳希望建造巨型探测器的“野心”令罗纳德非常生气。但是,基普坚定地认为,如果仅为了满足研究需要而建造一系列中型探测器,而且每一台的灵敏程度都不能满足探测引力波的需要,那么他们绝不可能取得成功。因此,他认为直接建造大型激光干涉仪是有必要的。关于这个过程,人们众说纷纭、莫衷一是。一个比较权威的说法是:美国国家科学基金会直截了当地告诉罗纳德·德雷弗,要么开展合作,要么停止研究。后来,罗纳德与雷纳一样,多次跑到美国国家科学基金会游说,但是基金会没有改变主意。再次扩大机器的规模时,就必须保证它可以用于探测工作。只有合作才能为这样的大型项目提供资金,为它取得成功创造条件。因此,合作势在必行。
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1700935949 罗纳德非常恼火,对雷纳更加不满:“只要是我提出的想法,他几乎都会反对。他半路加入项目,却想换一个新的方式……此外,在我们开会时,雷纳总是提出各种各样稀奇古怪的计划,还制定了执行这些计划的时间表。这让我非常生气,我觉得他一心想掌控全局。但是,那些有效的技术都是我们研发的。因此,我不喜欢他这种做法。”接着,罗纳德又补充了一句,“那些想法和创意都是我提出来的。”
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1700935951 但是,雷纳在技术上对自己充满信心,因为那些技术都源于德国团队堪称典范的成果。德国人建造了世界上最好的探测器原型机,而且对它们了如指掌,实现了雷纳在1972年的季度进展报告中提出的模煳不清的预期目标。总之,雷纳认为德国人为他的“蓝皮书”计划提供了充足的理由。基普、雷纳与罗纳德在意大利广义相对论会议上发生不快时,麻省理工学院万有引力研究团队已经在雷纳的领导下,完成了这项行业研究。工程技术公司测试了组件,而且基本上完成了零部件的定价工作。对探测器的验查涉及所有方面,行业合作伙伴详细地询问了管道、构造、激光器及声源等的情况。经过3年时间,雷纳与麻省理工学院的同事彼得·索尔森、保罗·林赛一起,在419页的“蓝皮书”中对研究结果进行了综述,并做出了技术说明。1983年10月,这份关于“长基线激光干涉仪的研究报告”被提交给美国国家科学基金会。其中的预算还不到1亿美元,用于建造两台仅包含基础结构的千米级探测器。建造这两台机器时,这个预算方案是行不通的,因为实际成本要比预算高出几亿美元。不过,人们终于可以坐到一起讨论这个问题了。
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1700935953 “蓝皮书”的摘要部分指出,“人们也许期望这次研究可以得出肯定的结论,但是情况有可能出乎人们的意料。比如,基本概念可能有瑕疵,技术准备可能不充分,成本可能高到不可思议的程度。研究表明,人们担心的这些问题可能都不会发生。”
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1700935955 “蓝皮书”对于项目是否可以得到资金支持没有做出任何保证,这份行业研究报告本身也不具备申请报告的效用。但是,“蓝皮书”有力地证明了实验目标是可以实现的。
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1700935957 提交“蓝皮书”之后,雷纳、罗纳德和基普开始起草研发计划,直到几个月后他们才达成一致意见。随后,他们为美国国家科学基金会做了几场颇有说服力的现场报告。基普介绍了天体物理学的发展前景,希望可以激起美国国家科学基金会的兴趣;罗纳德化身为讲故事的高手,操着一口动听的苏格兰英语,为他们描绘了创造性的动人梦想;雷纳则用行业研究报告的具体结论为基普和罗纳德的想法进行了一个完美的诠释。就这样,他们成功地表达了他们的核心思想:他们可以完成这个项目,并建造出能记录来自太空中的声音的机器。
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1700935959 不久之后,这个项目被命名为“LIGO”。人们对这个名字的评价毁誉参半,而且无论是赞扬还是贬斥,人们针对的目标都是雷纳。基普想把它命名为“束流检测仪”,但是雷纳认为这个名字的科幻色彩太浓。后来,他在餐桌旁想出了一个新方案:用“Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory”(激光干涉引力波天文台)的首字母组合来命名。后来,“LIGO”中的“O”(天文台)给他们造成了巨大的痛苦,几乎让他们彻底崩溃。不过,这种痛苦直到几年后他们面对国会质询时才降临到他们身上。
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1700935961 雷纳放弃了那台1.5米原型机,又建造了一台5米原型机,以开发可以实际使用的零部件。这台原型机被放置在“夹板宫殿”的F翼,一直运行到“夹板宫殿”被拆除的那个星期。雷纳向我展示他从布鲁克林派拉蒙电影院淘回来的古董级奥特蓝星扬声器时,在那栋宛若蜂巢的办公大楼的隔壁,就有一台探测器。现在,探测器的构造已经非常庞大了。科学家们围着探测器,拆除老旧落后的零部件,代之以高新的零部件。
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1700935963 他们的合作没有任何正式的形式,但是雷纳说:“我们给外界的感觉是,我们三个人——基普、罗纳德和我——构成了一个团队。我们(最终)成了怪异的三巨头组合。”
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1700935965 基普告诉我:“这个过程其实复杂得多。”如果要更详细地介绍三巨头组合的形成过程,还需要追踪随后几年发生的事。1983年秋,这三个人承受的压力达到了顶点。基普评论道:“麻省理工学院与加州理工学院的合作是一个异常复杂、历尽艰辛的过程。”
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1700935967 在他们意义重大的合作历经发起、结盟与权力更迭的过程中,最重要的环节终于登场了!
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1700935972 引力波:发现爱因斯坦广义相对论缺失的“最后一块拼图” [:1700935347]
1700935973 引力波:发现爱因斯坦广义相对论缺失的“最后一块拼图” 第8章 发现脉冲星
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1700935975 The Climb
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1700935977 天文学家约瑟琳·贝尔·伯奈尔对罗纳德·德雷弗的评价是:“他富有创造性,而且以此为荣。”为了学习物理学知识,约瑟琳从北爱尔兰来到格拉斯哥大学,罗纳德成为她的研究生导师。他经常把自己大脑里的有趣想法,分享给他指导的几名学生,其中就包括催生休斯–德雷弗实验的那些想法(不过,她当时并没有意识到,罗纳德是在他乡村的家里完成这个实验的)。但是,这些对学生们的考试成绩没有任何帮助。刚开始的时候,因为罗纳德不愿意在学生们完成固态物理学作业时提供任何帮助,约瑟琳对他十分不满。但是后来,罗纳德在基础物理学上的深邃见解以及他的实验天赋都让她折服。研究生期间得到罗纳德指导的约瑟琳毕业后取得了一些重要发现,并且反过来对罗纳德产生了影响。罗纳德给约瑟琳的评价是:“显然,她在学生当中出类拔萃……因此,我对她非常了解。”20世纪60年代中期,约瑟琳前往英格兰的乔德雷尔–班克天文台求职时,罗纳德还帮助她给这个在射电天文学领域里占据重要地位的机构写了一封推荐信。但是,罗纳德说:“乔德雷尔–班克天文台不愿意接受约瑟琳,因为她是女性。当然,他们的正式理由不是这个。约瑟琳非常失望。”为了凸显其荒谬之处,他又补充了一句:“约瑟琳的第二选择是去剑桥大学。你明白了吧?”罗纳德认为,这是一个纯属偶然而又非常不错的转折点。他笑着说道:“于是,她去了剑桥大学,并且发现了脉冲星。你明白了吧?”
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1700935979 在职业生涯后期,约瑟琳·贝尔·伯奈尔转而研究X射线天文学,并参加了研制“羚羊”5号X射线天文卫星的英美合作小组。1974年10月10日的清晨,“羚羊”号卫星成功发射,当天中午,脉冲星发现者被授予诺贝尔物理学奖的消息传到了约瑟琳的耳朵里。对她来说,这则消息有两个特别的意义。第一,诺贝尔委员会终于承认天体物理学是有资格获得诺贝尔奖的物理学分支。20世纪20年代,埃德温·哈勃发起过一场运动,试图改变天体物理学的学术地位,但是没有成功。第二,她的名字没有出现在获奖名单上,这个奖项被颁给了安东尼·休伊什和马丁·赖尔。
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1700935981 约瑟琳那时24岁,是剑桥大学的研究生,与她的导师安东尼·休伊什一起,致力于类星体的探索工作。所谓类星体,就是在地球上看像星星那么小的明亮的射电源。在她奔波在野外安装射电望远镜的那个年代,类星体仍然被人们称作类似恒星射电源,而且这些射电源在人们眼中还是十分神秘的存在。射电望远镜在发现类星体方面效果不错,但在辨识这些类星体的体积时却作用不大。此外,射电望远镜还显著地改变了天体物理学的发展进程。在记录纸上记录的内容,除了被探测到的类星体外,还有大量的错误和异常现象。他们使用的记录纸非常多,因此他们以英尺[1]为单位,来表示记录纸的数量。约瑟琳一丝不苟地检查了几百(或者几千)英尺长的记录纸。大多数的异常现象都是人造光源或者某种形式的探测器干扰造成的。但是,有一个奇怪的信号不断出现。约瑟琳最后认为,这些信号肯定来源于某种星体,而且她逐渐意识到她的这个发现具有非常重要的意义。就像媒体经常报道的那样,由于这个信号不断出现,圈子里的人给它的来源取了一个“LGM”的绰号,意指“小绿人”(little green men)发来的信号。进一步的研究表明,与这些智慧的“小绿人”文明所制造的“产品”相比,还有一些“时钟”走时更加精准,这就是后来发现的脉冲星。
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1700935983 脉冲星是高度磁化、高速旋转的中子星。脉冲星的磁场强度超强,通常是地球磁场强度的数百万至数万亿倍,在极个别情况下可达到数千万亿倍。所有中子星的质量都不到太阳的两倍,直径不足30千米。中子星的旋转速度很快,每秒可以转一圈至几百圈。粒子经过磁场加速后,速度可以接近光速,发出强如灯塔光束的光。在这种由致密物质构成的近似完美的球体高速旋转时,这些光束也向周围发射。众所周知,一茶匙的中子星物质与地球上的一座山的质量大致相仿。中子星上的引力非常强,人在那里会被液化,融入星体里的致密物质。因为引力作用非常强,中子星表面不会出现不规整的现象。一旦有山脉隆起,就会被引力拉平。在一颗典型的中子星表面,不规整的程度非常小,10厘米的隆起就可被视为山峰。不过,具体情况取决于中子星的外壳。目前,人们对中子星的外壳还不是非常了解。中子星的旋转有很强的规律性,因此会在数据流中产生固定周期的信号。当中子星的光束以一定的时间间隔从地球表面掠过时,可以产生极其精准的计时效果,在某些情况下,它的精准程度甚至超过最精确的原子钟。当然,当约瑟琳·贝尔·伯奈尔于1967年发现第一颗脉冲星的时候,她可以做出两个确定的推断:第一,这一系列的脉冲信号呈现出很强的规律性,脉冲率约为每秒一次;第二,它们来自宇宙深处。
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1700935985 约瑟琳回忆说,当数据中第二次出现这样的信号时,“她感到异常兴奋”。因为她知道,这种奇怪现象正在逐渐表现出重大发现的一些特征,“一旦发现一个有规律的信号,就会接二连三地发现更多有规律的信号”。就这样,她发现了人类有史以来发现的第一到第四个脉冲星。
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