听波者胡一鸣,见证宇宙的涟漪

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  北京时间2016年2月11日23:40左右,激光干涉引力波天文台(LIGO)负责人、加州理工学院教授David Reitze宣布,LIGO发现了引力波。
  在这场伟大的科学发现中,一个叫胡一鸣的中国年轻人,一起参与了引力波的研究,并在第一时间,用严谨的语风、斐然的文采,向中国的读者解释了这个深奥的科学现象,让我们在面对浩瀚宇宙之时,仿佛真的听到了来自时空的涟漪。
  喜欢“看天”的孩子
  胡一鸣出生于上海崇明区。他上小学的时候,正上初中的姐姐指着地理课本上的插图对他说:“看,这是银河系,你听说过吗?”对绚丽星河充满好奇的胡一鸣缠着姐姐念完了这一章节的内容,从此就爱上了天文学。
  初中时,胡一鸣央求父母给他买架天文望远镜,可600多元的价格对于一个母亲下岗,父亲只是普通工人的家庭来说,实在不是小数字。父亲胡永祥咬咬牙:“这钱就当是为孩子补课花掉的。”这架天文望远镜开启了胡一鸣的观星之梦,至今还保存在他的房间。
  在无数个晴朗的夜晚,胡一鸣会在村子里的小桥上架好望远镜,运用自学的天文知识观测星空。时间长了,村里人都知道有这么一个喜欢“看天”的孩子。邻居看到了,就逗他:“你一直看天,那帮我看看明天会不会下雨。”“这个我可不会,我只会看星座,天上的星座我都认识。”浩瀚的宇宙打开了胡一鸣的人生,他说:“相对于这漫天星空,人类无论从质量、密度、尺度、温度,还是寿命来看,都渺小得无以复加。我们日常生活中所烦恼忧愁或喜极而泣的各种大事,在宇宙看来都不值一提。”
  到高中时,胡一鸣已经是个天文学的小专家了,他参加了学校的天文社团。高中地理课上,老师提问关于宇宙、天体的内容时,胡一鸣一口专业的天文术语就把地理老师震住了。
  高三时的班主任还记得,有一天胡一鸣突然向他请假,说要代表国家队去印度参加第十届国际天文奥林匹克竞赛,上海只有他一人,而且要去两三周。班主任有点担心,马上就要高考了,怕他因此耽误学业。结果胡一鸣不仅代表中国队取得了第三名的好成绩,回学校后,他的学科成绩也没有因此下滑,而且他当时还在继续坚持参加天文社团的活动。
  胡一鸣第一次引起学校轰动,是在高考填志愿时,他任性地只填了一所学校一个专业:南京大学天文系。在此之前,他已经获得了上海交通大学的预录取资格,可因为交大没有他钟爱的专业,所以选择了放弃。
  当年南京大学天文系的录取分数极高,而且在上海只录取一人。胡一鸣的父母希望儿子可以多补填几个志愿,但胡一鸣怎么都不愿意,他坦言如果考上别的大学,他也不愿意读;如果考不上,就复读再继续报考南大天文系专业。高考成绩出来后,一个同学比他的成绩稍微高了几分,被南京大学天文系录取。不过,他这份坚定报考的决心和对天文学的热爱感动了南京大学,同时他的比赛获奖经历也为他带来了一次机会,他就这样被南京大学天文系破格录取。
  加入LIGO科学合作组织
  进入大学后,胡一鸣如饥似渴地吸取着专业知识。除了泡图书馆,跟着老师泡实验室,他还将南大天文爱好者协会的社团玩得风生水起。他很快成为南大天文爱好者协会会长,和伙伴们组织了很多精彩的活动,例如野外观星、星空摄影竞赛等等,他希望把自己对天文的热情与朋友们分享。
  本科时,胡一鸣曾经犹豫过未来的科研方向。有一次,他跟着老师参加一次天文学的国际研讨会,在专家们的讨论中,他第一次接触了引力波的概念。当时做报告的是西澳大学的温琳清教授,她通俗易懂的报告展现了一幅动人的前景:十亿年以前,宇宙深处,两个巨大的黑洞在经历了漫长地绕转以后,通过引力波辐射能量,越转越近。长年累月的公转,已经让它们不堪重负,能量的损耗也在日渐加快。最后,它们终于放弃了抵抗,猛地撞到了一起。这两个黑洞消亡了,一个更巨大的新黑洞,诞生了,伴随着时空中被搅动的滔天巨浪,那是它这一生也许是唯一一次的啼哭。这个新生儿的第一声哭喊,以光的速度飞速向外传播……经过十亿年的漫长旅行,一小部分引力波信号终于抵达了地球,而人类现在已经研究出了数学和物理,捣鼓出了相对论和激光,还用激光编制出一张捕捉引力波的网……
  温教授的话让胡一鸣振奋不已,这个领域就是一个大宝矿。引力波探测有很长的过程,虽然科学家经历了几十年的探索,依然没有搜索到任何引力波信号,但胡一鸣查阅资料了解到,在经过了五年左右的硬件升级以后,新升级的LIGO探测器灵敏度将大大提升。所以胡一鸣很确信在经过不长的时间以后就可以探测到引力波,为人类打开一扇全新的认识宇宙的窗口。
  从此,胡一鸣就坚定了研究引力波这条道路,他以优异的成绩进入英国格拉斯哥大学读博士,研究的就是引力波的数据处理。毕业后胡一鸣选择加入德国马克斯·普朗克引力物理研究所,因为它就是LIGO组织成员单位,胡一鸣可以直接参与引力波的探测。
  LIGO科学合作组织是由参与建造、维护仪器、分析数据的一千多名科学家共同组成的科研团队,从材料、镀膜、隔震、激光、真空,到超级计算机、数值相对论、快速信号处理、数据分析、快速空间定位、参数估计,每一个步骤,每一个细节,都凝结着研究人员数十年的积累和心血,看着简单的几个数字,每一步背后都是厚厚的几十本博士论文。对于他们来说,学术生涯很长一段时间都属于一种没有数据的探索阶段。但胡一鸣坐得住冷板凳,每天在办公室里写写画画,记录分析数据,和全球的科学家电话沟通交流,他相信心诚则灵,总有一天,会听到来自时空的涟漪。
  3分钟发现信号
  2015年9月14日,引力波信号到达地球后3分钟,就被程序发现,胡一鸣收到了一封有关引力波的内部邮件Event G184098,他的第一反应有些冷淡,因为LIGO会人为注入模拟信号,但事先只有三个人秘密地知道这些信息,也就是所谓的“盲注”。盲注的目的是看在不知道“信号”存在的前提下,LIGO的软件和工作人员是否能把信号找出来。四年前这样的事故就出现过,大家疯狂地忙碌了几个月以后把论文都准备好了,那三个人才肯宣布,那是一次盲注事件。所以,这一次有些像狼来了的故事。
  直到半小时后开电话会议时,有人提到当时把人造信号注入到仪器中的设备发生了故障正在检修,所以这不可能是一次盲注事件。听到这个消息,胡一鸣当时就愣住了,这说明,这的的确确是一次真实的信号!
  尽管如此,胡一鸣恪守内部规则,在没有万分的把握之前,严禁任何成员向任何组织外的个人透露消息。LIGO科学合作组织非常的严谨,只有当你握有强有力的证据,你才可以做出超出常人想象的论断。胡一鸣说:“对于大众读者而言,这不过是屏幕或者报纸上的几个简单数字,但是我们所发表的论文中的每一句话,每一个数字,背后都是漫天飞舞的电子邮件的讨论和反复的计算和确认,浸满了科学家的汗水。可以说是两句三年得,一吟双泪流。”
  3分钟就发现信号,却用了半年来论证。这次引力波信号的发现是长达一个世纪物理学家梦幻的达成,是上千科学家数十年辛勤付出的回报。胡一鸣作为“听波者”一员,他很庆幸见证这一伟大的历史性突破,更重要的是亲身参与了这样的历史进程。
  虽然胡一鸣现在还在德国,但通过网络,他在国内的一些科技网站和报刊上,用文采飞扬的笔墨对引力波做了很多科普,并告诉中国读者:发现引力波意味着一个终点,但同时,它更是一个起点。这不是一个尾声,仅仅是个开端。事实上,引力波的种类有很多,LIGO的科学目的除了探测来自致密双星并合的信号外,也会搜索来自银河系内的中子星的连续信号。这个搜索由于需要大量计算资源,哪怕用上LIGO自己的超级计算机也不够,所以常年征求志愿者贡献CPU时间,只需要登录http://www.einsteinathome.org/,你就可以下载Einstein@Home的程序,用你电脑闲暇时间的空余CPU,处理来自LIGO的数据,搜索时空的涟漪。哪怕你不是物理学家,一样可以为搜索引力波做贡献!
  编辑 钟健
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