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科研人员设计的这个真空系统不仅成本低廉,而且气势恢宏,令人叹为观止。尽管地球上有的真空区更加干净,但是它们体积都比不上LIGO探测器的这两个真空区的总体积。自1998年被抽成真空之后,这两个管道中的压强就再也没有恢复到标准大气压的水平。在升级为高新LIGO探测器时,所有零部件都被更换了,这两个管道却保留下来。在整个实验期间,这两个管道都必须保持真空状态,否则整个实验就彻底失败了。迈克尔·兰德里说:“那样的话,我们都要灰熘熘地回家。”
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一次,核设施安保组的一名监察员在凌晨3点走进来,问LIGO实验室里的人:“你们听到那个声音了吗?”迈克尔开车沿便道一路查看情况,结果发现是一辆货车撞上了其中一条干涉臂的防护外罩。根据美国联邦政府的授权,在汉福德场区巡逻的安保人员可以携带攻击性武器,他们都是人高马大的壮汉,携带的武器装备令人望而生畏。其中有一部分人特别喜欢在黑暗中超速驾驶,尽管他们对这里的地形并不太了解。肇事的这名保安当时以每小时50英里的速度驰骋在点缀有灌木丛的平原上,结果一头撞上一条干涉臂,导致一只胳膊骨折,还断了一根肋骨。
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这次碰撞并没有损伤真空管道的管壁,但也不能排除这种可能。可以想象,一美元硬币大小的孔可能只会对实验造成威胁,导致实验彻底失败;但是足够大的孔就有可能造成致命威胁,后果可能与太空舱出现破洞差不多。
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即使没有发生碰撞事故,汽车对于真空管道而言也是有百害而无一利。LIGO探测器对地震极其敏感,其本身就相当于一个大型地震仪。当货车沿便道驶过时,探测器就会有反应。一直以来,空气中的声音都是一个麻烦,数据分析人员曾经发现一种与本地机场飞机起落时间有关的噪声。
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太阳和月亮会导致反射镜发生晃动,需要借助磁场让它们回到基准位置。此外,还需要使用地震仪和液压随动系统来探测地球的局部运动,以补偿反射镜发生的位移。所有这些措施都会产生各种形式的噪声,需要与真实信号区分开。通过监测探测器发出的原始声音,我们就可以识别出天体的潮汐力,地球在静止状态下发出的声音,以及元素的余热、量子振动和激光压力。
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探测器的反射镜非常漂亮,它们通体透明,肉眼几乎看不见。这些反射镜对可见光的反射效果极差,因为反射激光是它们唯一的效用。反射镜的生产被外包给专业的公司,制成后又被送到世界各地接受各种后续加工,包括80个涂层的处理,使这些本来就非常优质的镜子对激光的反射率高达99.999%。
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如果用螺栓将这些重达42千克的反射镜固定到管道天花板上,它们就无法“随波逐流”,在空间发生变化时也无法随之摇摆。于是,实验人员利用超细玻璃钢将它们悬挂起来。但这样一来,稳定性与敏感性就会产生无法调和的矛盾。玻璃钢的直径大约是人类头发的两倍,粗暴对待极易导致其断裂,但在纵向拉伸时又坚韧如钢铁。
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汉福德探测器的负责人弗雷德·拉布称这套系统是巧妙手段与恐怖结果博弈的产物。如果有1兆瓦激光在反射镜之间往反运动,就会迅速积累大量能量。如果探测器的锁定状态被解除,这1兆瓦激光就会将能量倾泻到光电二极管上。根据设计要求,光电二极管只能吸收少量光子。在一次事故中,光电二极管就被烧坏了。于是,人们设计出可以快速关闭的不锈钢遮光板,以保护光电二极管。在探测器发生的另一次事故中,遮光板迅速关闭,但在激光将积累的能量倾泻到遮光板上之后,它也冒起了青烟,烧焦的材料还飘进了真空管。
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之后发生的一起灾难是由地震引起的。探测器的一些小型光学仪器受到影响,系统在试图阻止这些仪器发生位移时失去控制,导致这些光学仪器在几个小时内不停地前后移动。一位操作人员试图让探测器恢复锁定状态,但他在调控入射光束时不小心让激光从玻璃钢上扫过,致使玻璃钢的温度迅速升高并熔化。玻璃钢断了,反射镜掉了下来。这样的事故只发生过两次。后来,他们设计了防震闭锁装置,用防震架将反射镜保护起来,以防类似事故再次发生。根据记录,全球各地发生的地震通常不会对测控器造成灾难性后果。
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我和兰德里换好衣服,走进激光与真空设备区,准备近距离观察其中的活动。它是一个10 000级无尘室(每立方英尺[3]的污染物数量最多不超过1万颗)。纽约平均每立方英尺的空间里至少有数量达百万的污染物,包括微生物、粉尘或化合物等。(后来,我在刘易斯安那州现场观看了一个讨论增强版无尘室标准的谈话节目。在那个1个小时的节目里,还有人亲自动手,用医用手套、杰富花生酱、异丙醇做了一次演示。)机库里面比较凉爽(汗液也是一种污染物),面积非常大,层高大概是30~40英尺。墙上有轨道,起吊装置就在我们头顶上来回运行。地面轨道上的大写英文单词告诉我们,起吊装置最大承重量是5吨。室内所有人都戴着安全帽。
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机库里的各个工作间必须用坚固的闸阀与真空管道完全隔离开,以便在将室内压强恢复至大气压时含有污染物的空气不会进入真空管道。机库里有一段临时楼梯和走道,站在上面向下看,可以看到那些被称为“露天啤酒花园”的工作间的屋顶。从外观上看,的确名副其实,一个个工作间既像啤酒桶,又像赫伯特·乔治·威尔斯笔下的潜艇。工作间的顶部打开后,在专业吊车工的操作下,整个吊舱都可以放入工作间。放完后,工作间的屋顶会再次封闭(必须密不透气)。抽出室内空气直至室内真空度与干涉臂中相同时,就可以打开闸阀了。
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安装工作进行了8周之后,他们打开了刘易斯安那州的那台探测器的一个取景器,结果看到玻璃内壁上趴着一只2英寸长的活蜘蛛。对于这两台探测器而言,虫子和老鼠都会招致麻烦。我们在汉福德探测器实验室的那个小房间里试穿防护服时,就看到了一只蜘蛛。迈克尔一边说“对不起了,伙计”,一边踩死了它。几分钟之后,这个终端实验室里的一名正在说话的高级实验人员突然停了下来,目光透过面罩死死地盯着上方的塑料条,然后打死了一只误闯入这台珍贵机器的飞蛾。迈克尔从地板上捡起这只土灰色飞蛾的尸体时,嘴里又咕哝了一句:“对不起了,伙计。”
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管道穿墙而过,延伸至几千米外的干旱地带。在真空管道及其防护外罩之间留有空间,人可以沿着管道,从激光与真空设备区一直走到4 000米之外的末端。但是,在雷纳·韦斯发现那里有老鼠、黄蜂、黑寡妇蜘蛛和蛇之前,没有人完成这一“壮举”。黄蜂喜欢吃黑寡妇蜘蛛,它们将中毒之后无法动弹的黑寡妇蜘蛛放进六边形蜂巢里,等到想吃的时候再大快朵颐。黑寡妇蜘蛛的尿液里含有盐酸,会腐蚀不锈钢。真空管道里确实可以看见锈斑。人们从来不会使用不锈钢建造游泳池,因为所有的不锈钢都无法抵挡氯的腐蚀。雷纳说:“黑寡妇蜘蛛需要注意。”但是,经过大量调查之后,他发现:“真正的祸害其实是老鼠。”
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雷纳走遍了管道的每一个角落,希望找出问题的症结所在。其实,与华盛顿州的探测器相比,刘易斯安那州的情况更加糟糕,真空管道上出现了头发直径的1/9宽的小裂缝(被发现之后已经封堵上了)。工作人员经常告诉我:雷纳进管道了,雷纳在管道里发现了碎玻璃渣儿,雷纳赶走了老鼠、黄蜂或者其他害虫,雷纳又沿着激光管道走了一遍。总之,雷纳习惯于深入现场了解情况。
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雷纳让我跟在他后面,看他做一个关于真空管道振动模式的小实验。便道上生长的风滚草必须及时清除,否则就会出问题。干燥的灌木被风连根拔起之后,沿着平地翻滚,最后聚集在管道防护外罩的外面,仿佛是墙上生出的荆棘。为了清理出一条道路,他们把这些干燥的棕色野草收集起来,扎成长方形的干草捆,然后放到这个“微型电影布景”的外围。就像在操作台上与雕塑挨着的那些工艺材料一样,这些干草捆将来有可能发挥某种作用,也有可能被扔掉。这些风滚草,无论是处于生长状态的还是被捆扎成捆的,我都非常喜欢。因为有了它们之后,这片人工的实验场地就变成了一幅自然风景画。
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雷纳提醒我:“如果受不了这种气味,一定要告诉我。刘易斯安那的气味更难闻,去年我就患上了真菌性肺炎。”干涉臂的混凝土防护外罩上一共有14扇门,打开其中几扇之后,空气就好多了。气味不算特别难闻,但是对雷纳开门换气的举动我仍然心存感激。雷纳说:“我经常沿着管道步行。”真空管是他负责多年的科研项目。管道经常振动,他重重地拍了一下管道,让我聆听那响亮悠长的轰鸣声。由于LIGO项目组要求提高探测器的灵敏度,因此所有地震振动都可以探测到。这些振动一直存在,但在灵敏度较低时,它们的影响没有现在这么大。雷纳不时地请我帮忙,让我握紧钳子、拿着电缆,就像你偶尔也需要孩子的帮助一样。尽管雷纳已经退休,步入耄耋之年,但他总是尽自己的最大努力推进项目。他想,由他来完成这些工作,其他人就无须费时费力考虑这些问题了。因此,他总是在管道边四处巡查,这里拍一拍,那里跺一跺。
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我说:“这项工作需要很大的耐心啊。”毫无疑问,这是一个显而易见的事实,但我还是追问道:“你有耐心吗?”雷纳回答说:“没有。你也不是一个有耐心的人啊。”“你怎么知道?”“我当然知道,因为我说话的时候你总是忍不住插嘴。”尽管他没有为此不高兴,但我感到很内疚。他摆摆手,让我不要有任何疑虑:“没关系,别多想。”
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我们把一些电缆拧在一起,把一个小型仪器固定到管道附近的一根柱子上,然后我坐进汽车,雷纳则开始监测真空管的振动情况。由于我忘记打开车窗(尽管雷纳提醒过我),汽车在荒野骄阳的炙烤下越来越热。如果我这时候打开车门,门把手和车门都有可能发出声音,导致雷纳的实验彻底失败。于是我决定坐在车里,静静地接受阳光的炙烤。
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在那天晚上从汉福德场区驾车往回返的路上,以及我们共同度过的那几天里,雷纳回忆了LIGO项目的早期历史,还向我介绍了20世纪80年代的三巨头组合。他告诉我,项目的管理结构令人绝望。大家都说罗纳德·德雷弗生来就喜欢独断专权,不愿意相信包括雷纳在内的其他人的判断。尽管如此,这个项目要想取得成功,加州理工学院团队就必须精诚合作。雷纳说:“只要项目能取得进展,我愿意做任何事。
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“罗纳德很难相处,但那时候,我对罗纳德充满敬意。后来,我对作为科学家的罗纳德有了更深入的了解。我发现他之所以难相处,是因为他考虑问题的方式与其他人不同。他是通过一幅幅图片思考的,到了第二天,他就不记得前一天是怎么考虑的了,因此他无法做到坚决果断。你看他处理问题的过程就会明白。比如,我们讨论探测器的某个问题,他头头是道地跟你分析激光束应该多大,或者反射镜应该有多少面。经过讨论之后,我们同意了他的观点。但是第二天一早,他却说他的观点不对(或者不完全对)。然后,我们不得不重新讨论这个问题。结果得出的结论与前一天的并无区别。这种情况不断重演,以至于我们永远无法下定决心。罗纳德制造的问题比较多,这是其中之一。
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“罗纳德经常(对基普)发牢骚:‘瞧,是你把我骗到这里来的。我本以为你们会为我准备好一切的,但是现在我什么都没有。我和韦斯的关系十分糟糕,麻省理工学院的那些人恨不能把我生吞活剥。’我知道基普的心里也非常不舒服,因为罗纳德的话并不是完全不对。我的意思是,罗纳德从未想过他还要与其他人合作。”
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德雷弗再次扮演起“莫扎特”的角色,而雷纳则陷入了艰难的困境,在自尊心不断受伤的同时,还要担心自己将会扮演“萨利埃里”的角色。对于探测器的设计与建造,雷纳有自己的想法。但是,为了完成这个项目,他只能忍辱负重、埋头苦干。他完成了实验室选址、行业研究,测试了反射镜涂层,建造了激光器。即使到了现在,他也时刻准备前往任何地点,完成需要他完成的任何工作,包括驱赶黄蜂、勘察管道、检测系统、制作电子元器件等。“最好问雷纳”这句话在我耳边出现过无数次。
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“因此,基普没有离开。我是说,他只能如此。”为了把不同个性的人聚集到一起,组成一个高效团队,基普只能努力在自尊心与权力之间寻找平衡点。他建议按照不同领域划分权力,比如,分管这项工作的首席科学家,负责那项工作的首席科学家。基普处变不惊的特质以及他的个人电脑为他的这项决定提供了便利条件,这也是他独特的优势。三巨头组合利用磁盘将不成熟的想法传递给基普,经过基普的整理,就变成了白纸黑字的正式命令。那台电脑是权威的象征,决议经过它的处理之后就变成了正式的文件。但是,真正的决定绝不会被输入电脑,并被打印成纸质文件。事实上,他们从来没有形成这样的决定。雷纳与罗纳德之间水火不容的矛盾、截然不同的处事风格(雷纳足智多谋,有一往无前的决心,而罗纳德头脑灵活,有丰富的想象力),使他们之间的合作根本没有效率可言。因此,他们三个人从来没有就任何问题达成最终决定。雷纳说道:“一个也没有。”
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“说一个也没有的话,这有点儿夸张。”基普后来更正了雷纳的说法,“但是,确实不多。”
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雷纳说:“后来,理乍得·加尔文给美国国家科学基金会写了一封信。从那以后,情况才有所改观。当时是1986年5月,是我们三个人合作的第三年。
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