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引力波诺奖得主上海布道 科学要摒弃实用主义

2017-12-22 10:12:00  来源:亚太日报 【返回列表】

冰冻星球、球状虫洞、优雅的黑洞卡冈图雅,都是电影《星际穿越》带来的视觉冲击。然而很少有人会想到,电影镜头中对每一个未知天体精准的建模,都来自于物理学家严谨的思索。

今年的诺贝尔物理学奖得主是三位发现引力波的美国科学家:雷纳·韦斯(Rainer Weiss)、基普·索恩(Kip Stephen Thorne)和巴里·巴里什(Barry Clark Barish)。其中已经在加州大学教了50年理论物理的索恩,正是电影《星际穿越》的科学顾问。

日前,这三位在全球享有盛誉的科学家齐聚上海,接受复旦大学颁发的“复旦-中植科学奖”,三位科学大咖的出现,在中国掀起了引力波热。

科研出发点不是实用

著名物理学家、诺贝尔奖获得者丁肇中在颁奖词中评价引力波的发现:“爱因斯坦在1916年提出引力波,人们花了40年时间才让理论物理界接受了引力波的存在。但是很长一段时间,要探测引力波非常困难,因为技术的限制,直到激光干涉引力波天文台(LIGO)被发明建造。韦斯教授、巴里什教授、索恩教授真正地为我们开创了科技的新纪元。”

三位科学家皆已年逾古稀。对他们而言,引力波的发现并非要和实际应用相关。“经常会有媒体和资助人问我们,你们做出这个有什么用?我想说,研究的重点并不是结果,而是我们可以从自然中学到什么。”巴里什对第一财经记者称,“大多数基础研究产生的结果都不会有任何作用,我们只是抱着学习的态度去研究它,如果太关注应用,会干扰我们对世界真相和真理的发现。应用只是附加品,不应本末倒置。”

索恩则对第一财经记者称:“通常一个想法要花上几十年时间才能在实验室里得出预测的结果,而要把研究转化成一项实际的技术或者应用,就要再等上几十年。”这意味着,科学家有生之年很难看到一个科学理论从想法变为应用的全过程,通常需要几代人的努力。比如爱因斯坦在1915年就已经接触了激光,但激光直到1952年才真正产生,而广泛应用的装置或者技术则要到上世纪90年代左右。

三位科学家都强调,科学需要摒弃实用主义。“实用主义不应该成为科学的动机,我们希望等到三四百年后,我们的后人回望当下,会说前辈为他们提供了了解世界、了解宇宙的工具,能够帮助他们去洞悉宇宙的规律,我们留下的是这些只是财富,而不仅仅是一种应用。”索恩称。

已经75岁高龄的索恩一直走在向大众传播科学的最前沿,作为理论物理学家,研究领域是广义相对论。他很早就发现了引力波巨大的科学潜力,还描述了引力波信号的特征并估算了引力波的强度,为引力波的探测奠定了理论基础。

国际合作是趋势

从1916年爱因斯坦提出引力波,到2016年引力波被发现,正好100周年。对索恩而言,其中主要有两大转折和两个关键人物:一是约瑟夫·韦伯,他质疑爱因斯坦认为引力波不可预测的论断,成为第一个探寻引力波的人;另一个就是此次和他分享诺贝尔奖的雷纳·韦斯,他发明了激光干涉仪引力波探测器,这也是LIGO装置的基础。索恩称之为“一个经得起时间考验的设计”。

韦斯是一位严谨的科学家,在发明了激光干涉引力波探测器之后,他又分析了主要干扰,提出应对策略,并最终给出了一份设计蓝图。但是在探测到引力波之前,韦斯认为不该把这些成果发表在主流的科学期刊上,于是他选择低调地发表在麻省理工学院的内部报告上。

在谈到如何进行下一步引力波研究的时候,韦斯对第一财经记者表示:“引力波的领域,要考虑第三代的地面探测器,这个探测器,把大家从天文学范围变到宇宙学的范围,观察宇宙早期发出的引力波,也就是宇宙大小是现在十分之一的时候的情况,那样我们可以学习到黑洞的起源。”

为了观察宇宙最早期发出的引力波,韦斯与中国科学院在西藏阿里建的宇宙微波背景辐射实验室合作。所谓宇宙微波背景辐射,就是周期接近宇宙年龄的引力波在太空中留下的印记。索恩认为,未来5到10年,这种引力波很有可能被探测到。

“在选址上,中国有非常大的优势。西藏阿里和智利、南极是适合程度相当的选址。”韦斯介绍道,“这是一个国际合作实验,它用的是美国探测器技术,而中国科学家负责组装建造,并且这个过程当中,大家各取所长,体现了国际合作,让每一个人都有自己的优势,这也是我们非常重要的科学目标。”

谈到科研项目的决策到底应该由谁来主导时,韦斯更为强调国际合作的重要性。他分享了当时美国国家科学基金会对于决定引力波激光探测器到底建在哪里召开论证会的例子。“他们把全世界所有的引力波组都邀请来,每一个组都要提出自己的方案,虽然是美国的国家科学基金会,还是把世界各国的组都叫来,在英国、德国、澳大利亚,每一个组,都提出一个自己的方案。最后在提出决定的时候,是一个专家委员会进行讨论。这个委员会的专家本身不是引力波方向的,但是由相近专业的科学家组成的,由这些人论证,最后决定在美国造激光探测器的方案。这个项目虽然是美国领导的,但是整个论证过程是一次国际合作。”韦斯称。

巴里什则是将LIGO项目进行技术升级的关键人物。他不仅建立起了激光干涉引力波天文台,还将引力波项目打造成一个世界级的大科学项目。

巴里什称,在决定科学方向时,应由一线科学家决定,而不是由离科学比较远的人决定。他以意大利的科研为例说道:“意大利虽然是一个比较小的国家,经济实力也不强,但是他们在参与研究的选择上非常好,在各个领域都有独特的贡献。用天文望远镜参与空间引力波探测,参与中微子研究,这是意大利科学家在对世界的贡献。”

他甚至认为,意大利决定研究方向的决策过程可能比美国更优越。“美国的优势是有很多大的实验室和仪器设备,但是美国的问题也是被这些大的仪器设备、实验室牵制,可能体制太笨重。”巴里什称。

当伽利略把他的光学望远镜瞄向太空时,他开启了现代光学天文学,也打开了宇宙的第一扇电磁窗口——光。而随着观察宇宙的不同窗户被逐一开启,人类天文学的发展也真正地进入到“多信使时代”。未来所有天文学的观测设施,都可以同时指向天空的某一特定方向,进行相关信号的收集,从而对一个事件产生全球性的效果。现在,仅仅是个开始。

(来源:第一财经)