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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” [:1700935341]
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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2章 宇宙的声音
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High Fidelity
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下午6点，我站在麻省理工学院的一栋建筑前面，等人来为我开门。作为一个机构的总部，这栋大楼显得非常安静。这时候，一名研究生骑着自行车过来了。她跳下车，搬着自行车爬了几级台阶，然后打开门锁。等我走进去之后，她指着自己身后的大厅告诉我：“雷纳的办公室就在那儿。”接着，她一只脚踏上脚蹬，熘着自行车朝前滑行。之后，她再一次跳下车，进入一间装有灰白色门的办公室。雷纳办公室的门与那扇门一模一样。我不禁想，人们住宾馆时经常走错房间，雷纳他们会不会走错办公室啊？
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雷纳·韦斯向我挥挥手，邀请我进入他的办公室。尽管我们是第一次见面，但从事科学研究的相同经历是一种强效黏合剂，拉近彼此距离的效果甚至好过同乡、同龄人。我们靠着两把与房间风格不搭调的椅子的椅背，脚放在同一个凳子上。交谈时，我们直接略过俗套的寒暄进入主题，气氛十分友好，就像相识多年的朋友。
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“我的人生道路始于一个梦想：我希望可以轻轻松松地听音乐。大概是1947年，社会上掀起了高保真音响的流行浪潮。虽然我当时还是一个孩子，但我制造出第一代高保真音响。生活在纽约市的移民大多喜欢听古典音乐。
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“看到那边的扬声器了吗？那是我从布鲁克林的一家电影院淘来的。电影银幕后面放着一堆这样的扬声器，我弄到了20个，然后拖拽着它们上了地铁。当时，布鲁克林派拉蒙电影院刚刚经历了一场火灾，所以电影院淘汰了这些扬声器。就这样，我拥有了电影工作室的专业扬声器。我设计的电路也非常棒。此外，我还弄到了一台调频收音机。之后，我经常邀请朋友来我家听纽约交响乐团的演奏。那种感觉简直无法想象，我们就像坐在剧院里。从扬声器里传出来的音乐简直太美妙了！”
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雷纳示意我观看扬声器内部的圆锥形金属结构。扬声器的外壳做工粗糙，显得极其笨重，在现代设计中早已被摒弃。但是，除此之外，这个在1935年前后生产的扬声器并不像一件年代久远的产品。从技术上看，它不像20世纪30年代的必需品，而更像20世纪70年代放纵生活的产物。他的办公室里还堆放着从其他设备上拆卸下来的金属外壳，因此扬声器并不是那么显眼。科学家们正围着这堆设备忙个不停，摆弄着一台基于20世纪60年代思想实验制造的引力波探测器。当时，雷纳希望制造一个装置，用来记录时空振荡发出的声音。后来，他才发现他并不是第一个产生这种想法的人。这个实验堪称科学界远大理想的一个典范，它的影响力已经超出了这栋大楼，甚至超出了马萨诸塞州剑桥市的范围。为这套装置研发零部件的实验室坐落在隔壁大楼的地下室里，但是全套设备的组装却被安排在其他地方进行。
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2005年，雷纳放弃了麻省理工学院物理学教授这个令人尊敬的职位，一心一意地待在4 000米长的混凝土管道里，为激光真空管接装示波器，检查18 000立方米的真空管是否有渗漏，测量潮湿阴冷、黄蜂成群的密闭空间中发生的地震振动。雷纳选择退休的主要目的是重十学生身份，但是，由于被授予了荣誉退休教授的重要头衔，他开始了令人羡慕的“退而不休”的生活。
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雷纳在说话时会强化重音，这是一代纽约人的特点。他标准的美国口音中混杂了些许欧洲口音，偶尔还有德国人那种抑扬顿挫的语调。这些特点融合在一起，给我一种熟悉的感觉，不仅让我想到了他的出生地，还让我想到了他出生的那个时代。1932年，雷纳出生于德国柏林，他的父亲弗雷德里克·韦斯来自一个富裕的犹太家庭（雷纳的祖母出身于显赫的拉特瑙家族。雷纳的性格特点“非常像德国人，还有点儿像犹太人”），具有叛逆精神。雷纳的母亲格特鲁德·罗斯纳不是犹太人，据雷纳介绍，她同样具有叛逆精神。“不知道是怎么一回事，他们俩走到了一起。”雷纳的语气似乎是在暗示，其中有我们永远无法了解的秘密。后来，他揭开了这个秘密：“然后，我就来到了这个世界。但是，他们那时候还没结婚呢。”
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与在他家客厅里欣赏交响乐的其他移民一样，雷纳在谈到自己的人生经历时也是津津乐道。也许他说话的腔调就是这样形成的吧。不过，他的描述与实际情况并不相同，因为他的人生历程早在埃利斯岛[1]上交换文件之后不久就拉开了帷幕。雷纳的父亲是一名神经科医生，在柏林的一家工人医院工作。后来，纳粹把触角伸到了这家医院。他们的一名内线做手术时操作不当，导致一名病人死亡。雷纳的父亲政治觉悟很高，他把这次医疗事故报告给权力已被削弱的医院领导。结果，出于报复心理，纳粹在大街上抓住了他，并把他关在地牢里（雷纳的家人没有提到这个地牢的具体位置）。要不是格特鲁德在新年前夕怀上雷纳的话，弗雷德里克可能无法重见天日了。身怀六甲的妻子与她在魏玛共和国地方政府工作的父亲竭尽全力，终于救出了弗雷德里克。虽然弗雷德里克获得了自由，却被迫远走他乡。
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弗雷德里克越过边境线，进入捷克斯洛伐克境内。不久后，雷纳的父母在那里团聚。雷纳一直很奇怪，他的父母之间的争吵似乎从来没有停止过（他们认为自己的婚姻不美满是由希特勒造成的），而他母亲竟然在1937年怀上了他的妹妹西比尔·韦斯。为了缓和紧张的家庭关系，他们全家来到了波兰边境的塔特拉山脉，开始了首次家庭度假之旅。在旅馆的大厅里，一台古老的木质哥特收音机深深地吸引了雷纳。这台带有发光管的收音机正在播放张伯伦的绥靖主义外交政策（在它的影响下，捷克斯洛伐克的部分领土最终被德国侵占）。他们转动收音机的旋钮，锁定张伯伦的声音，以便准确无误地了解关键信息。根据雷纳的描述，当时有大批惊慌失措的德国侨民（其中很多是犹太人）开始行动，希望在政策生效之前逃出山区，前往布拉格，最终离开捷克斯洛伐克。雷纳回忆说：“我们逃出来了，真是太幸运了。我的父亲能逃出来，肯定是因为他是一名医生。好多人都没能逃出来。”
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到了纽约之后，雷纳的母亲靠打零工维持整个家庭的生计。这种情况一直持续到几年之后雷纳父亲的精神分析诊所开业。雷纳说：“我进入了纽约的哥伦比亚初级中学，和默里·盖尔曼（1969年的诺贝尔物理学奖得主）成为校友。他比我高几届。人们总是拿我和他做比较，然后用‘那个家伙无所不知，而你就是一个废物’之类的话贬损我。”
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在人们刚刚拥有调频收音机时，雷纳就已经可以凭借他掌握的电子学知识制造扩音器，增强收音机的效果了。他还趁机做了一点儿小生意。他的第一个顾客与他没有血缘关系，但有姻亲关系，雷纳称这位顾客为“露丝婶婶”。现在，雷纳已经记不清他的第一笔生意赚了多少钱（我也没有问他），他记得自己只收了成本价。之后，雷纳成为一名企业家，把他的产品卖给那群渴望拥有高保真音响的移民。这些人在听到清楚的乐曲从雷纳的产品中传出来之后，他们的口口相传让产品的销量迅速增加。
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雷纳回忆说：“当时，人们使用的是虫胶唱片。这是一种最原始的唱片，有嘈杂的背景音。但是，黑胶唱片就没有这个问题。虫胶唱片有时还会发出很刺耳的声音，就是那种‘嘶嘶嘶’的背景音。你知道，唱针就是靠唱片粗糙表面的摩擦力推动的。当时我就想，有没有什么办法可以消除这些可恶的嘈杂声呢？
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“在播放贝多芬奏鸣曲中婉约舒缓的乐章时，你的耳朵里会充斥那种‘嘶嘶’的声音。怎么办呢？如果你同时听到很多种声音，这种‘嘶嘶’声就会被盖住。于是，我准备设计一个电路，通过改变带宽的方式达到放大声音的目的。但是，我知道自己的知识结构还不足以独立完成这个任务，于是我决定上大学去学习这些知识。
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“就这样，我来到了麻省理工学院。我选择学习音频工程，因为我不知道还有其他什么学科。但我很快就发现，我的理想并非成为一名工程师。于是，我申请转到物理系，具体理由是什么，我也不知道……好吧，跟你说实话，那时候我的想法非常简单，就是因为物理系的要求没有其他系那么严格，而我又非常任性，不想遵守任何规定。”
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雷纳很肯定地告诉我，麻省理工研究团队的所有成员都还没下班。透过敞开的门，我看见一些人在埋头工作。隔壁实验室里的人就更多了。办好登记手续之后，我们走进了研发实验室。实验人员有的席地而坐，正在整理电缆；有的在光学工作台上工作；有的在操作某种发出刺耳噪声的工具；有的手拿护目镜，双眼盯着一个老旧的示波器，在诊断某个故障。我发誓，我真的看到了一张软盘！我猜想这张软盘在制作上多半达到了令人赞叹的水平，因此我盯着它仔细端详了很长时间。体力劳动加上丝丝入扣的分工协作，再加上及时反馈机制，共同成就了一台机器。在某些层面，权力呈现出一种水平结构。每个人似乎都充分了解工作内容，整个团队就像一个结构复杂的蚁群，以一种不疾不徐的节奏有条不紊地运转。一项工作完成之后，团队成员会马不停蹄地开展下一项工作。每位科学家的注意力都非常集中，他们所从事的研究工作决定了他们关注的都是微小的内容。每个人都训练有素，而且准备充分，足以承受长时间的棘手工作给身心带来的巨大压力。一名研究生正在小心翼翼地调整光学工作台上的一台精密仪器。100年前（可能更早），爱因斯坦预测时空并不是永恒不变的。现在，这些人正在齐心合力制造一台超敏感装置，记录从太空传来的声音。
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他们建造的不是望远镜，而是一台记录装置。如果他们最终取得成功，这台兼具科研仪器与乐器两大功能的设备就可以记录空间形状的微小变化。只有质量非常大的天体完成最剧烈的活动，时空才会发生足以被探测器捕捉到的振荡。黑洞碰撞会引起时空波动，中子星、脉冲星的碰撞，恒星爆炸和天体物理学上难以想象的时空瀑布也会产生类似的效果。空间距离的收缩与膨胀就像大海的波浪，以时钟节奏在宇宙中（也就是在时空中）向前传播。引力波不是声波，但只需借助仿真技术，就可以把引力波转变成声音，与传统扩音器将电吉他琴弦的波动转变成声音的原理非常相似。打一个不是特别贴切的比方，天文灾害就是弹奏吉他的拨片，时空就是琴弦，实验中使用的这套设备就是吉他的琴箱。如果为这个比喻增加几个维度，天文灾害就相当于鼓槌，时空就是三维皮鼓的鼓皮，实验设备的作用就是在皮鼓将无声乐谱变成乐曲的时候记录下皮鼓在形状上发生的变化。科学家坐在控制室里，监听探测器捕捉到的声音。尽管这些声音已经接受了从商店买来的扬声器的放大处理，但他们听到的仍然是一些嘈杂的背景音：“嘶嘶”。
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麻省理工学院的这些设备非常珍贵，但是放到整个LIGO项目中就显得微不足道了。LIGO项目的总部设在加州理工学院，有一台原型机也放在那里。不过，与在汉福德和利文斯顿的那两台探测器相比，这台原型机也显得微不足道。雷纳问我：“你还没去现场看过吧？准备什么时候去？等你亲眼看到之后再说吧。”他靠在椅背上，脸上再次露出非常惊讶的神情。那两台探测器的长度大约是雷纳制造的第一台原型机的2 500倍。我也靠在椅背上，想象着两者之间的比例关系。接着雷纳说道：“去现场参观过的人并不多。”
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从上大学开始，雷纳为了从事科研工作，就一直奔走在剑桥市纵横交错的街道上，尽管在走出肯德尔广场地铁站的那一刻，他就发誓要回到纽约。那是9月的一个阴冷潮湿的上午，剑桥市（波士顿这个制造业中心的角落）正散发着阵阵臭气。用动物尸体提炼物、动物脂肪制成的肥皂，与蛋黄酱、腌菜混合在一起，成了一种深棕色的东西，让人闻后恶心不已。但是，他没有兑现这个誓言，而是在这个发出一股股刺鼻气味的城市中待了下来。他之后的人生基本上都是在剑桥市度过的，其间只因为一些必要的原因离开过几次，而且时间都不长。不过，在麻省理工学院学习的头几个月里，他没有表现出一丝一毫的桀骜不驯。
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“后来，我坠入了爱河。我就像个傻瓜，觉得自己不应该这样下去。于是，我退学了，并追随那个女孩来到了芝加哥。她是一名钢琴演奏者，因为她，我的生活发生了改变。在那之前，我没想学习弹钢琴，但是遇见她之后，我开始学习弹钢琴。我记得自己那时候已经20岁了，甚至更大。这一切都是因为她。
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“多年之后初次接触引力波时，我心里想：‘啊，LIGO涉及的频率范围与钢琴是一模一样的。’