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LIGO引力波探测:诺贝尔奖将花落谁家? 精选

已有 18142 次阅读 2016-8-1 09:41 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦

众所周知,2016211日这一天,位于美国华盛顿和路易斯安那两地的激光干涉仪引力波观测站(LIGO)的科学家宣布,他们于2015914日首次直接探测到了爱因斯坦在100年前基于广义相对论所预言的引力波(一种时空弯曲所导致的涟漪,以光速在宇宙空间中传播,其振动面与传播方向垂直),后者据信来自约13亿年前两个大质量黑洞以“渐进旋近”(inspiral)的方式彼此靠近并最终融合的剧烈引力过程。这一激动人心的消息令全世界的媒体兴奋不已,因为该实验结果一经确认,一定是诺贝尔奖级的发现,甚至可以说是重量级的诺贝尔奖水平的科学突破。那么,谁能为此获得诺贝尔物理学奖的殊荣呢?

 

 

 

我们不妨先把时间逆推到42年前的1974年,当时美国天文学家Joseph Taylor和他的学生Russell Hulse首次发现了双中子星系统,并观测到其旋转轨道逐渐缩小的“渐进旋近”现象。后者与广义相对论的理论预言相吻合,从而间接地验证了引力波的存在。他们师生二人因此荣获了1993年度的诺贝尔物理学奖。 现如今LIGO国际合作组内部和天体物理学界似乎达成了共识:麻省理工学院的Rainer Weiss教授、加州理工学院的Kip Thorne教授Ronald Drever教授作为LIGO实验的奠基者,对直接探测引力波这一重大科学发现的贡献最具代表性,应该得到斯德哥尔摩的认可。其实这三位科学家和LIGO合作组全体成员不久前刚刚获得了2016年度的基础物理学特别突破奖(Special Breakthrough Prize in Fundamental Physics),他们将以如下方式分享三百万美元的奖金:WeissThorneDrever三人平分其中的100万美元,合作组的另外1012名成员平分另外200万美元。

 

现年84岁的Weiss出生于德国柏林,在美国纽约长大,1962年获得麻省理工学院的博士学位,两年后成为该校的正式教员。他早期主要在宇宙微波背景辐射功率谱的测量方面做出了开创性的贡献,尤其对COBE卫星计划的实施可谓功不可没。Weiss后来发明了激光干涉测量技术,对LIGO实验的概念设计、探测器建造以及项目的立项工作起到了至关重要的作用。2016211日,当LIGO合作组召开新闻发布会宣布首次直接探测到引力波时,Weiss作为该项目的元老之一与Thorne等人一同出席,而且两个人在全世界媒体面前夸张地拥抱在一起(如图所示,左面:Weiss;右面:Thorne)。

 

 

Thorne1940年出生在美国犹他州,是一个地道的美国科学梦的实践者。他25岁从普林斯顿大学获得博士学位,27岁成为加州理工学院的副教授,后来担任该校大名鼎鼎的Feynman讲习教授。Thorne多年来一直从事广义相对论、天体物理学和宇宙学的理论研究,他与自己的学生们一道发展了如何从观测数据中甄别和确定引力波信号的分析技术,为LIGO实验最终发现引力波并测定引力波源的基本物理参数奠定了理论基础。作为Stephen Hawking的亲密朋友, Thorne也是一个热衷于与别人就某个科学问题一“赌”为快的科学家。例如,他曾在1978年与意大利物理学家Bruno Bertotti打赌,声称最短十年之内就可以探测到引力波的存在。结果到了1992年,在实验方面一无所获的的情况下,Thorne“沮丧而遗憾地认输了”,而Bertotti“也遗憾地接受了”他的认输。该赌局的裁判是Thorne的学生Carlton Caves,他以调侃的语气宣布自己“遗憾地见证了”这一切,并把打赌的结果张贴在自己导师的办公室外的墙上。

 

Drever生于1931年,早年在苏格兰的格拉斯哥大学工作,后来转到加州理工学院从事引力波的直接探测,是LIGO项目的发起人和设计者之一。他与其他同事共同发明了激光稳定技术,这一技术对LIGO实验装置后来探测到引力波起了至关重要的作用。如今的Drever已经85岁高龄,患有老年痴呆症,目前住在故乡苏格兰的一家疗养院。令人遗憾的是,由于智力的丧失,Drever已经无从得知自己倾注毕生心血的引力波探测取得了重要成果,也无法与合作组的其他成员分享这一成功带来的喜悦。

 

 

鉴于Drever的健康状况十分令人担忧,不少同事希望诺贝尔奖评委会能够人性化地抢时间,将2016年度的物理学奖颁发给DreverThorneWeiss。因为一旦Drever不幸去世,那么从LIGO合作组中再挑出一位适合获奖的人选将是一件非常困难的事,至少不容易达成一致意见。

 

然而Drever等人今年获得诺贝尔奖的希望似乎微乎其微,其中一个重要原因在于2016年度的诺贝尔奖提名截止日期是21日,可是LIGO合作组直到211日才发表他们的引力波探测成果。在这种情况下,除非诺贝尔奖评委会破例考虑,否则DreverThorneWeiss三人今年注定获奖无望。另一方面,LIGO的实验结果虽然令很多人信服,但也招致了一些质疑,有待进一步的、更有说服力的验证。尽管LIGO团队在今年6月宣布,去年1226日他们的实验装置观测到了另一个引力波事件,但后者的显著性远不如去年914日观测到的引力波信号。

 

当然,科学家探索自然奥秘的原始驱动力是他们的好奇心,而不是为了获奖。正如加州理工学院的Frederick Raab教授所说的那样,“获得诺贝尔奖是次要的,他们(即最终的获奖人)所得到的满足感不是来自于奖赏。他们所获得的满足感来自于做出了历史会证明是重大发现的事情。他们确实开启了类似于一扇窗的东西,作为科学史上最了不起的成就之一,人们从现在起100年内都会对它念念不忘。”

 

但无论如何,一旦Drever错失获得诺贝尔奖的机会,那将是一个历史性的憾事。这样的例子其实很多,其中离我们最近的就有两个。2013年度的诺贝尔物理学奖颁给了Brout-Englert-Higgs机制的两位创始人:81岁的Francois Englert84岁的Peter Higgs,其中Englert的合作者Robert Brout并未获此殊荣,原因就在于他因病于2011年去世,享年83岁。第二个例子也很典型:2015年度的诺贝尔物理学奖获奖人之一是东京大学的物理学家Takaaki Kajita,他的主要贡献是于1998年发现了大气中微子振荡,而与他一道取得这一重要突破性成果的师兄Yoji Totsuka却没有在获奖名单上,因为Totsuka早在2008年就因病去世,年仅66岁。

 

由此值得一提的是,美国中微子物理学家Raymond Davis2002年在他88岁高龄时荣获了诺贝尔物理学奖,成为自然科学领域中年龄最大的获奖者。他带给人们的启示是:一旦你对科学做出了重要贡献,一定要长寿,等待获得诺贝尔奖的那一天的到来!

 

邢志忠,2016723日于越南归仁,图片来自网络(本文已正式发表在高能所:中科院高能所或casihep)。



人类首次探测到引力波
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