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捕捉引力波背后的故事(之九):较真的加文和专断的沃格特 精选

已有 8127 次阅读 2018-4-16 08:39 |个人分类:科学历史|系统分类:科普集锦

1974年在麻省理工学院举行的一次学术会议上当面指责韦伯出示的引力波数据存在学术不端行为,以至于两人差点动手打架的那位科学家是在国际商业机器(IBM)公司服务的加文(Richard Garwin)。加文是一个物理全才,也更是一位神话级的人物。他大学毕业后只用了两年就获得博士学位,导师是大名鼎鼎的费米(Enrico Fermi)。阅人无数的费米对加文的评价直截了当:他是自己一辈子遇见过的唯一的真天才。

博士毕业后,加文每年夏天跟着费米到核武器实验室游荡,那时才23岁的他顺手就帮泰勒(Edward Teller)设计了人类第一枚氢弹。从此他与美国政府、军界结下不解之缘,参与过多个绝密项目,包括最早的间谍卫星和针对苏联攻击的预警、防御体系。IBM对他尤其青睐,费尽心机将他招到旗下担任科技总管,还在合同中写明他作为公司雇员可以用三分之一时间为政府提供无偿咨询服务。加文因此得以自由地穿梭于政界、学界和商界之间,还多次担任总统科学顾问。

在IBM,加文随心所欲地涉足了多个物理基础研究领域,还顺带发明了一系列数据存储硬盘、激光打印机、触摸屏幕等实用设备,可惜公司管理层识人不识货,没能积极推广这些高技术的应用。加文后来也颇为后悔自己当时没有足够的魄力跳出来创业,也许可以改写近代计算机行业的历史。

韦伯宣布探测到引力波后,加文立即在IBM试图重复,当然没有成果。他没有简单地放弃,而是孜孜不倦地展开调查,终于发现了韦伯隐瞒他与合作者核对数据中发生的乌龙事件。他当众与韦伯对质,其后更不依不饶、穷追猛打。这不仅对韦伯个人伤害很大,也给了当时的引力波热潮最致命的一击。

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1972年的加文(左)与他的同事James Levine和他们在IBM自制的韦伯棒。

年轻时的加文没有去亲眼观看自己设计的氢弹成功试爆,后来他更走向推动裁减、消灭核武器的立场,一辈子都在做这方面的努力。1980年代,他正忙于带领一个叫做“忧思科学家联盟”(The Union of Concerned Scientists)的组织在抵制、阻止里根总统发起的、绰号为“星球大战”的太空战略防御计划,反对太空武器化。

当他无意中听到引力波探测的项目居然又死灰复燃时不禁大吃一惊,立即找到国家科学基金会要求了解内情。他觉得探测引力波应该还只是一个很遥远的梦想,如果政府准备花费纳税人的上亿美元在这上面豪赌一把,那不能只是少数几个人说了算,至少应该要有更多的科学家了解、参与这个决策。

艾萨克森对加文的多管闲事正是求之不得。

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德瑞福全职在加州理工学院上班后并没有改变他的行事方式,依然我行我素。更严重的是,他与韦斯在干涉仪的设计上有了原则性的分歧。

德瑞福坚持干涉仪中激光束经过的那两条长臂必须做成他已经研究很久的超大型法布里—佩罗谐振腔,这样才能保证激光频率的稳定和有足够的光强测量干涉条纹。他在这个基础上又发明了一个怪招:在探测仪前端增添一面镜子,把探测时不需要的光再度反射回那个谐振腔,大大增加了光强。

韦斯对这个奇妙的设计却一直提不起兴趣。谐振腔需要固定光源和反射镜之间的距离,使其恒定是激光波长的整数倍才有效。这样也就不能让反射镜随引力波振动,与迈克尔逊测量两个光路时间差异的原始设计相违。如果采取德瑞福这个设计,韦斯自己十来年依据迈克尔逊经典设计所积累的大批经验便失去了价值。而韦斯的设计也有长处,可以大大降低对激光光源性能的要求。

两人各持己见,不相上下。作为这场被迫的婚姻的职业调解员,索恩显然是非常地不称职。他试图在两人之间斡旋,却既没有足够的实验知识服人,也没有权威一锤定音,只好不了了之。愤怒的德瑞福经常呛索恩,指出当初索恩到苏格兰请他时曾许诺是由他完全主事的,却成了一个言而无信的骗局。索恩无言以对,只能苦笑。

韦斯意识到他们已经完全无法共事,每次讨论都有演变成吵架的危险。他选择了退避三舍,带着自己的队伍躲在麻省理工学院把那个1.5米长的干涉仪扩展到5米,用它来研制一些大型干涉仪所需要的部件。

转眼间两年过去了,三驾马车所承载的引力波项目基本上毫无实质进展。基金会暂停了资助的延续,不得已的艾萨克森已经在认真考虑是否放弃、撤销整个项目。加文的不请自到无异于雪中送炭。他立即请加文组织专家队伍,作为第三方对项目进行全面、彻底的同行审议,以资决策。

1986年秋天,加文邀请了物理学界一批大师级的人物,从诺贝尔奖获得者到各方面专家以及负责过大科学项目的能人等,把他们关在麻省理工学院的一个会议中心整整一个星期,对引力波探测项目进行了全方位的审理。他布置了三大课题:第一,引力波是否存在?第二,引力波能不能被人类测到、激光干涉仪的设计是否可行、是否值得基金会的投资?第三,现有的团队是否能胜任这一任务?

第一个问题很简单。在精确测量到双中子星轨道衰减之后,已经没有什么物理学家还在怀疑引力波的存在。加文自己对第二个问题抱着很强的怀疑态度,但他惊讶地看到专家们也一致地对用激光干涉仪探测到引力波充满了信心,对基金会的计划没有异议。

然而,专家们对现有团队的评价也惊人的一致:不及格。他们看出韦斯、索恩和德瑞福完全没有管理大项目的经验和能力,还只是在以小作坊的方式各行其是。这样下去不可能有成功的希望。他们建议基金会在完全注入资金之前,再给他们两三年时间整顿、考察的机会。当务之急则是要设立一个专门的项目负责人,担负起球队教练、乐队指挥的责任,将这些散漫的物理天才们整合成一支步调统一的队伍。

也就是说,要给三驾马车找一个车夫。

艾萨克森对这个结果非常满意。专家评议的结论不仅提供了他继续支持引力波项目的后盾,也同时递给他下一步需要的尚方宝剑。他立刻又举起了手里的枪,这次不是直接对准韦斯、索恩或德瑞福,而是负责项目管理的加州理工学院:如果你们不能很快地找到一个称职的负责人重整这个项目,就不要再想得到资助。

几乎同时,加州理工学院主管学术的副校长沃格特(Rochus Vogt)被迫辞职了。

× × × × ×

沃格特的青少年时代是在纳粹统治下的德国度过的。1945年德国投降时他才15岁,却已经被征了兵,旋即成为反法西斯同盟国的战俘。这个经历让他痛恨极权政府,也因之鄙视所有权威,渴望能自己独来独往。

战后,他回到被战争摧毁了的农庄,进入炼钢厂打工。因为对机械的兴趣,他考入当地的一所技术学院进修工程师课程。在学校里他却发现更感兴趣的是物理课和国际象棋。他花了一年的时间逃课去街上与人赌赛象棋,赢了不少钱来维持生计和学业。只是教授不乐意了,给他最后通牒:要么放弃象棋,要么放弃物理。他从那时起再没有下过一盘棋,只是一直热衷于收藏棋子和棋谱。

集中精力研习物理后,他进入著名的海德堡大学并在毕业时获得去美国留学的奖学金。那是美国参议员富布赖特(J. William Fulbright)在二战之后主持设立的一个促进美国和其它国家交换学生、学者的项目。沃格特刚到美国就结识了一位项目中一起接受培训的法国姑娘。这两个来自战争仇敌国度的年轻人结婚时,引用了富布赖特阐述国际学术交流的一句话:“他们也许有可能发现不再需要兵戎相见而解决他们国家之间冲突的新途径。”

沃格特用奖学金到芝加哥大学研究天文物理,还参与了南极宇宙射线测量项目。1962年,他受聘来到加州理工学院,深深地爱上了这个校园,扎下了根。因为厌恶官僚手续的麻烦,他没有立刻加入美国国籍,但已经全身心地成为美国人。

在加州理工学院的喷气推进实验室,沃格特主持了美国航天局资助、目标是走出太阳系的“旅行者”(Voyager)飞船上测量宇宙射线的项目,也负责过大型毫米波段天文望远镜的建造。在这过程中,他逐渐完成了从科学家到科研管理的角色转变,相继在实验室、系、院各层次担任过主要领导职位。1984年,就在旅行者飞船开始向地球传回大量激动人心的数据时,他忍痛离开了心爱的项目,专心担任起加州理工学院副校长。

蔑视自己头顶权威的沃格特在这个过程中却也越来越明显地表现出自己独断专行的管理风格。虽然他在副校长位置上为学校做出了不俗的贡献,他与校长谷德伯格却一直合不来。两个性格倔犟的物理学家围绕政策方针人事等方面发生了一系列冲突。1987年2月,沃格特不得不在谷德伯格的压力下辞职。

失意的沃格特回到物理系,只在地下室厕所边拥有一间小办公室。他不愿意再回到旅行者项目中去抢过去同事的风头,却也一时半会儿找不到合适的科研方向。楼上的索恩注意到这位赋闲中的“大领导”,觉得他可能正是他们所需要的车夫。

索恩并不了解沃格特,便去找人打探。一个为沃格特工作过的同事告诉他,沃格特主持的项目可以说不会有失败的可能。只是谁跟着他干都会落得伤痕累累,不过也会很值得。索恩当时只听到前半截话,那对他来说就足够了。韦斯也得到了同样的情报。有人警告他在沃格特手下走一趟,绝对会脱胎换骨,不再会是今天的自己。同样地,韦斯没有太放在心上,他关心的只是沃格特能带领项目走向成功。

德瑞福没有在意具体的人选。他曾几次自己飞到首都华盛顿与艾萨克森单独谈话,试图说服他改变另找负责人的决定。艾萨克森冷静但坚决地回绝了他。虽然已经在加州理工学院干了很多年,德瑞福一直觉得自己还是个外人。他没有想到去打听一下沃格特的性格特点,更没有人警告过他会有被扒一层皮的危险。

经过一番劝诱,沃格特在1988年夏天同意担任引力波项目的主任,三驾马车有了他们的车夫。他果然雷厉风行,上任伊始便拍板采纳德瑞福的法布里—佩罗谐振腔设计方案,指令无论是加州理工学院还是麻省理工学院,都必须全心全意地为这个设计努力。同时,他制订了目标明确的科研计划,将实验室日常工作纳入了按部就班的正轨,不再允许科研人员被德瑞福一日一变的新主意支使得团团乱转。没多久,整个团队的面貌便焕然一新。

LIGO_1990.jpg

1990年索恩、德瑞福和沃格特(从左到右)在加州理工学院的激光干涉仪前合影。

1989年,沃格特完成了他新官上任最迫切的任务:将韦斯的蓝皮书具体化为资助申请书,提交国家科学基金会。

他们在申请书的导语页上引用了意大利学者马基雅维利(Niccolo Machiavelli)1513年所著的《君主论》中的句子来描述这个项目的风险、意义和决心:

天下再没有更难的事可以着手

需冒着更大的险恶

或者更无法确定能否成功,

可以相比于走在前头

去引入一个全新的秩序。

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沃格特等1989年提交的资金申请书导语页。

他们这时提议的干涉仪已经加长到4千米,预算也增至将近2亿美元。如此之大手笔,其目的——申请书指出——不仅在验证广义相对论,更是要为人类“打开一扇在本质上不同于过去电磁和粒子手段的观察宇宙的全新的窗口”。

基金会对沃格特的工作极为满意。1990年,他们正式批准了干涉仪计划。

不过基金会的批准只具备象征意义,因为他们的常规预算中并没有这一笔钱。的确,基金会年度预算中天文领域的全部资金也不到1亿美元。从其诞生到现在,基金会还从来没有接触过如此规模的项目。为了打开这个“全新的窗口”,他们还必须向国会申请专项拨款。

进入1990年代,现实世界正在经历着一场天翻地覆的变化。强劲的美国此时也疲态频现,经济危机正在降临。


(待续)



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