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第一轮科学运行最好可以完成一次探测,只要能第一次记录下来自太空的声音即可。雷纳说道:“天哪,一定要有效果啊!但是我得告诉你,我真正追求的其实不是这个。如果我们无法探测到强引力场,这台机器就是一个失败的作品……我们一定要探测到黑洞。如能成功,将给我们带来无与伦比的满足感,意味着我们完成了一个伟大的壮举,所有的努力都没有白费。”
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6个月以来,雷纳一直在和麻省理工学院的丽萨·巴尔索蒂、马修·埃文斯、纳吉斯·马瓦尔瓦拉(这几名年轻的科研人员也把探索的目光投向了遥远的未来),认真探讨LIGO之后探测器的发展前景。目前,量子实验正在不断取得进展。有人开始讨论建造40千米探测器的可能性,还有人提议将探测器送进太空。在说到他近期的一些想法时,雷纳一副意气风发的模样。他特别指出,合作机制必须进一步发扬光大,现在就应该开始设计新一代探测器。如果等到探测成功之后才启动,就会错失良机,导致这个领域停滞不前。他对未来有一个非常清晰的设想——他的理想得以实现,他们成功探测到的不只是这一代探测器希望探测到的嘶嘶的爆裂声,而是一种截然不同的令人难以置信的声音。他说:“我在有生之年可能无法实现这个理想,但这并不重要。”
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在宇宙的某个地方,两个黑洞发生了碰撞。这是自宇宙起源以来威力最大的天文事件之一,释放出的能量相当于1021个太阳。这么多的能量以时空涟漪,也就是引力波的形式,从正在合并的黑洞向四周传播。
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当前,人们正在赶时间、抢进度,希望在高新LIGO探测器完工之前,能够第一次成功地探测到引力波。也许在10亿年前,黑洞碰撞、中子星碰撞或者恒星爆发导致时空荡起了层层涟漪,它们穿越浩瀚的宇宙来到了地球。
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在地球不断发生变化的过程中,远古的多细胞生物演变成超大陆上的化石。与此同时,黑洞碰撞的一丝余音踏上了漫漫的时空旅程,向着我们传播而来。当这缕余音途经本超星系团时,地球上正是恐龙时代。当它经过仙女星系时,地球进入了冰川时代。当它来到银河系时,人类正在创作石洞壁画。当它接近地球附近的星团时,工业化将人类社会带入了飞速发展的阶段,蒸汽机出现了,爱因斯坦通过推理,证明了引力波的存在。在我开始撰写本书时,它抵达了半人马座阿尔法星。
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在这个历时10亿年的旅程即将完成的时候,一个由数百名科研人员组成的团队正在建造天文台,捕捉来自太空的第一段蓝调。当引力波在太阳系外的星际空间中穿行时,探测器将准备就绪。
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引力波接近海王星的时候,我们还有几个小时的时间。当它经过太阳时,留给我们的时间就只剩下几分钟了。灯火通明的控制室里有人值班,她正在利用传统的扬声器系统或者耳机监听探测器的运行情况。当然,她也可以用这些工具取乐。也许,在计算机、风扇、探测器的噪声以及计算机键盘的敲击声的干扰之下,在与控制系统进行了8分钟烦躁不安的交互之后,她也许无法注意到某个似乎与众不同的声音。但是,复杂的计算机算法将实时分析数据流,然后通知数据分析师——最好是在午夜,让他四下找眼镜,或者跌跌撞撞地爬下床。然后,某个人会认真地思考这个触发因素的具体情况,然后冷静地做出判断:“这一次,我们可能真的要捕捉到它了。”
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本书是一部引力波编年史,也是为一个异想天开、气势恢宏而充满艰辛的实验项目献上的赞歌!
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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” 尾声
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Epilogue
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2015年9月14日,星期一,由于两个LIGO天文台还没有完全准备就绪,原计划于当天上午8:00启动的高新探测器的第一次科学运行(O1)被推迟了一周。在科学运行期间,探测器将始终处于锁定状态,以便在不受干扰的情况下收集数据。第一次科学运行被推迟之后,他们延长了第8次工程运行(ER8)的时间,以便检测系统,进行最后的调试。工程运行的任务按照由高到低的优先程度排列,包括提高稳定性、让探测器保持锁定状态、让警报触发器处于待命状态。算法流水线自动执行一部分数据分析任务,在数据流中搜索有价值的信号。但是,算法流水线向负责观察的合作伙伴(即望远镜和人造卫星的操作人员。他们在接到警报之后,负责搜索相应的光学信号)发警报的程序还没有准备好。尽管探测器已经就位,但是算法流水线只能履行部分职能,因此操作人员还给自己安排了收集数据的工作。但是,他们在做这项额外工作时并不是非常仔细,工作的连续性也无法保证。
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由于是多风的季节,暴风从阿留申群岛、墨西哥湾或加拿大沿海地区拉布拉多吹过来,导致这里的微弱地震的发生频率居高不下。风雨对大陆架的冲击以及地震活动都有可能导致探测器脱开锁定状态。因此,两个LIGO天文台都遇到了麻烦。9月13日,星期日,汉福德的探测器在夜幕刚刚降临的时候进入锁定状态。一名研究生在星期日的深夜开始做测试,直到周一凌晨1:00才结束。这个周末,雷纳是在利文斯顿天文台度过的,一个无线电噪声源让他心情烦躁。他告诉我:“幸好,我的妻子让我必须马上回家。”留在利文斯顿天文台的人继续做测试,直到周一的黎明之前,他们才从沮丧中解脱出来。探测器终于进入锁定状态。
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探测器进入不受干扰的观察模式之后,有一个不到一个小时的最佳探测期。汉福德和利文斯顿的探测器都记录了一个脉冲信号,时间分别是凌晨2:50和凌晨4:50。两个天文台的控制室里各有一名值班的操作人员,但是这两个人可能都没有听到任何异常的声音。信号维持的时间太短,人耳根本来不及分析处理。
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在数据记录进行了不到300秒钟的时候,算法流水线发现了一个值得关注的事件,并悄悄地记录下来。欧洲人起床之后,习惯性地查看工作日志。由于算法流水线经常报告潜在的可能目标,因此他们看到这个发现可能信号的报告时,没有任何特别的反应,而是平静地拿起电话,核实两个天文台的探测器状态。两名操作员报告:一切正常。
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他们锁定了探测器,开始收集背景噪声,直到几个小时之后两个天文台的探测器脱开锁定状态,进入离线状态。这时候,迈克尔·兰德里上班了。他开始查阅工作日志,并发现通信量非常大,人们还对这个可能的信号提出了各种各样的猜想。迈克尔立刻告诉自己,“这肯定是一次盲注”,即故意在数据流中悄悄地注入一个虚假信号,目的是检测合作组织的准备情况以及处理真实信号的能力。迈克尔对盲注小组(包含三名科研人员,任务是完成盲注测试)的这次行动有点儿恼火。他暗暗地想:“他们想干什么?我们还没准备好呢。”他开车去汉福德天文台参加周一上午8:30的例会。碰巧的是,盲注小组的一名成员正好在场。迈克尔耐心地问他:“我们现在已经进入盲注阶段了吗?”出于对盲注规则的尊重,迈克尔不能明确地问是否有盲注测试。如果那样问,盲注小组既不会表示肯定,也不会表示否定,而是拒绝回答。但是,他可以询问他们是否进入了盲注阶段。那个人显得有点儿慌乱,回答说:“没有。”
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“你们开始盲注测试了吗?”
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“没有。”
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“你们已经进行常规注入测试了吗?”
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“没有。”
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迈克尔想是不是自己的表述不够准确,于是他又问道:“你们有没有进行任何形式的注入测试?”
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“没有。”
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迈克尔想:“看来,这不是盲注测试。”他告诉我:“在意识到没有盲注测试之后,我彻底冷静下来。”
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上午9点,迈克尔参加了这个国际合作项目每周一次的电话会议。在电话里,很多人纷纷发言,大部分人都跟他之前的想法一样,认为这很可能是一次盲注测试。杰米·罗林斯说:“我根本不相信这是真的。”在电话会议中,迈克尔站了起来,试图联系身在利文斯顿天文台的加布里埃拉·冈萨雷斯。最后,他告诉所有参加电话会议的人:“这次的异常信号不是盲注测试。”电话里传来加州理工学院艾伦·温斯坦的声音:“迈克尔……你再说一遍!”
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