发现者对引力波的发现能够引发如此强烈的反应，多少有点意外。
一夜走红
美国加州理工学院物理学教授陈雁北最近在中国内地成了名人。他引人注目的身份是LIGO科学合作组织核心成员，引力波论文作者之一。
之前他从没和媒体打过交道，也没想到自己会一夜“爆红”，成为媒体追逐的目标，还被诸多机构邀请回到国内做报告，北京、上海、深圳、广州……报告一场接着一场。
“可能是因为参与引力波研究的华人太少了，也可能因为消息一出我就写了一篇文章。”陈雁北笑着挠头说。
2016年2月11日，中国大年初四的晚上，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）负责人、加州理工学院教授戴维·莱兹（David Reitze）宣布，人类首次发现了引力波，并且首次观测到了双黑洞的碰撞与并合。消息一出就成了大新闻，第二天早晨微信朋友圈已经被引力波刷爆，有人感慨：“怎么周围忽然冒出来这么多‘科学家’？”到处找人采访的中国媒体忽然发现，专门研究引力波的中国人很少，参与到LIGO项目中的中国人更少，核心团队的华人科学家更是寥寥无几。于是，自1999年就开始参与LIGO项目的陈雁北自然成了媒体追逐的对象，他在第一时间撰写的一篇名为《爱因斯坦都不敢想象，我们真的探测到引力波》的文章也成了媒体学习的文本。
陈雁北很理解物理学界为何因这个新闻激动。100年前，爱因斯坦预言了引力波的存在。但是，爱因斯坦认为引力波极其微弱，在任何能想象的情况下都可以忽略。引力波微弱到什么程度呢？陈雁北举了个例子，人类历史上最大的氢弹爆炸，粗略估算一下离爆炸1米之内的引力波振幅，只有10-27左右的量级。很长一段时间内，物理学家搞不清楚什么是引力波，更没想到这种波会有观测上的价值。直到上世纪60年代，引力波的物理意义开始明朗，物理学家认为，引力波可以看成是引力相互作用的传播，并且携带着引力能。
1981年，在美国国家科学基金的资助下，美国科学家开始建造LIGO。对引力波探测最热情的支持者之一是参与了《星际穿越》的明星科学家基普·索恩，他曾打赌在20世纪末就会探测到引力波。LIGO启动的年代有很多反对建造大型引力波探测器的人，最有名的反对者是天文学家耶利米·奥斯特里克（Jeremiah Ostriker）。虽然索恩打赌曾经赢了霍金不止一次，但是这次他输了。他在加州理工的办公室门外贴了很多曾经的赌局，认输记录上写着：“我低估了LIGO完成观测所需的时间。”
引力波理论的争议由来已久，很多理论家甚至怀疑过这种波是否真的存在。爱因斯坦于1915年创立了引力波理论，但是他本人也曾经至少两次站到怀疑者之列。1975年，美国物理学家约瑟夫·泰勒和天文学家拉塞尔·赫尔斯利用射电望远镜发现了一对脉冲双星。1982年，他们通过其轨道频率的演化，推断出这个双星正在丢失能量，而这个能量丢失率和引力波导致的真是一致。这给引力波的存在提供了一个强有力的间接证据，二者也因此获得了1993年的诺贝尔物理学奖。
“在之后很长时间里，物理学家已经不怀疑引力波的存在。虽然坚信引力波一定存在，但是什么时候能找到有着很大的不确定性。”陈雁北说。
因为引力波非常微弱，找到它必须有很高的灵敏度。在2010到2014年期间，一直没有找到引力波的LIGO总结经验教训并升级了激光干涉仪设备，使其灵敏度提升了10倍，能够发现质子尺度万分之一的摆动。LIGO官网上介绍，这相当于观测从地球到比邻星距离的尺度上比一根头发丝还细的长度改变。
“引力波的测量难度非常高。引力波探测刚提出的时候，大家觉得这个精度不可能达到的。这么多年以后，大家觉得这些人做的果然还可以，我们找到了引力波。”物理学界的反应对陈雁北来说一点也不奇怪，“这真的是一个很大的发现，也是各种技术的进步。”
但是他不知道为什么在普通公众眼里引力波也成了大新闻。有着同样困惑的还有年轻的科学家苏萌，他是美国麻省理工学院物理系研究员。苏萌和中国科学院高能物理研究所的副研究员李虹讨论过这个问题，或许是因为和爱因斯坦有关，引力波有个超级明星代言人，或许是这些年《星际穿越》、《三体》等科幻电影和小说对大众进行了一番物理学基本概念的普及，或许是因为过年大家都没上班……与“2014年美国科学家宣布发现原初引力波”相比，此次公众关注的程度更大，苏萌认为：“或许需要社会学家做一个调查研究一下为什么。”
“或许是因为越本质的研究越难有重大发现，一旦有了发现，引起的反响越大。”陈雁北说。
加入LIGO
1999年，陈雁北本科毕业于北京大学物理学系，跟随老师研究过电子在原子核的散射，以及凝聚态物理等问题。去美国加州理工读书的时候，他对今后的研究方向并没有具体的想法。之前他没有学过广义相对论，不知道引力波是怎么回事，也不甚了解基普·索恩。
陈雁北的父亲曾在美国留学，学习电子工程，后来在北京做了北方交通大学的教授。家里人都希望陈雁北搞应用科学研究，觉得学了物理可以去硅谷找个工程师的工作，当年他也这样想，可以多挣钱。
一个偶然的机会，他听了索恩的《经典物理学应用》课程，很喜欢这个教授的风格：知识丰富，特别能抓住问题的本质，善于把复杂的问题讲得简单、清楚。陈雁北觉得自己当时数理基础不是特别好，不敢搞特别抽象的高能物理理论，又手笨搞不了实验，于是决定追随索恩。
当时索恩正致力于他提出的LIGO项目的研究。
1991年，在索恩的大力倡导下，麻省理工学院与加州理工学院在美国国家科学基金会（NSF）的资助下，开始联合建设LIGO。1999年11月，LIGO建成，耗资3.65亿美元。当时陈雁北刚刚入学，第一个研究项目就是和一个红头发的女博士后亚历桑德拉·波南诺（Alessandra Buonanno）合作，研究Advanced LIGO的光学结构。如今波南诺是德国马普引力物理所分管相对论天体物理学研究的领导，在这次引力波事件的分析中起到了决定性的作用。
当时，陈雁北看了论文觉得索恩分给他的研究很简单，“不就是套公式，结果一下就算出来了”。他计算出一条曲线，并不懂其中的意义。他们把结果拿给索恩看，索恩很惊讶，觉得和自己想的不一样，让他们重新计算。第二次计算的结果依然如此，他们说服了索恩。后来经过仔细研究，他和波南诺发现这是一个新现象，LIGO干涉仪里光的力作用在镜子上，就像弹簧一样，光本身给镜子产生弹簧力，这是第一次在LIGO中发现这个现象。
2005～2007年，LIGO进行升级改造，采用更高功率的激光器、进一步减少振动等，升级后的LIGO被称为Advanced LIGO，他的研究应用到改造中。“如何设计光学系统的参数来降低噪声，可能是我对LIGO最大的贡献，这是灵机一动做出来的。”
陈雁北戏称自己的发现是因为特别会考试，擅长解题，“懂的会做，不懂的也能做出来，是中国应试教育培育出来的‘典范’”。“我作业做得特别好，给索恩留下了很深的印象。”
他的第二个贡献，是在2007～2008年做出一种方法，能够较好、较容易地从LIGO数据中提取双黑洞碰撞的引力波。引力波的信号藏在噪声中，如果信号比较弱看不到，但是知道信号的形状，就可以很快找到这种形状，提高信号提取的效率。
“很幸运选了索恩当导师，才进入这个领域。”陈雁北说。索恩的头衔很多：美国LIGO联合创始人、加州理工学院物理学教授、几代前沿理论物理学家的导师、开创多个物理学分支领域的先驱、科幻电影编剧、科幻作家……
索恩是命名黑洞的物理学家约翰·惠勒的学生，理查德·费曼的师弟，还得到了钱德拉·萨尔卡的器重，这些都是物理学界大名鼎鼎的人物。索恩早年在普林斯顿做研究生的时候，和惠勒一起研究了引力塌缩的过程，在黑洞作为星体演化末态的学说上做出了重要贡献，从此便和黑洞结下了不解之缘。他依照个人兴趣，在非常广泛的领域开展了大量开拓性研究，开创了物理学多个分支领域，如双中子星和双黑洞的碰撞过程，量子力学和广义相对论相关领域的计算、数值模拟、数据分析等。
“他的所有研究都和引力波有关系，所有学生的研究也都和引力波有关，起始点都是引力波。”陈雁北说。
索恩在不同年代培养的学生已成为活跃在广义相对论、量子物理、实验物理、天体物理、宇宙学等各领域的专家，引力波探测项目的研究人员也从最初的几十人增加到如今遍及全球的数千人。
LIGO执行主任戴维·莱兹在新闻发布会上说，没有索恩就没有LIGO项目。正是索恩的视野、激情和推动力，让整个科学界相信引力波可被探测。在陈雁北眼里，索恩是推动引力波探测研究合作、搭建整个研究理论框架、促成这一领域研究“大生态”的关键人物，是美国引力波探测项目公认的“代言人”，很有可能会得诺贝尔物理学奖。“他的研究不是深入一点，提出一个新的理论，而是把一个领域的很多方向都推动起来。”
“索恩对物理的洞察力很强，比如他说双黑洞引力波肯定比双中子星早发现，很多人不信，认为双中子星是靠谱的波源。他的理由是，黑洞质量比较大，引力波的振幅比较大，探测到的范围比较广，虽然黑洞碰撞本身的发生率比较小，但是范围大了，相应体积中出现的概率比较大。”陈雁北笑着说：“结果果然是率先发现双黑洞的引力波，他‘蒙’对了。”
没有被采用的故事
最初索恩对《星际穿越》的设想和LIGO有很重要的关系，他在《星际穿越》一书中记录了这个故事。在他的想象中，电影故事发生之前的几十年，布兰德教授只有20多岁，是LIGO的副主任。2019年的一天，LIGO探测到有史以来一次最前列的额引力波爆发，信号的振幅在反复涨落几次后忽然停止，整个引力波暴只持续了几秒钟。通过对比观测到的波形和超级计算机给出的数值模拟结果，布兰德教授和他的团队推断出了这次引力波爆发的源头——由中子星和黑洞组成的双星系统。这颗中子星表面有一座微小的山脉，大约1厘米高，几千米宽，但这座小山跟随着中子星的自转一起运动时，就会日复一日产生微弱但稳定的引力波。
通过对这个稳定的引力波信号进行认真研究，布兰德教授确定了引力波源的方位。这个方位实在是太不可思议了，竟然一直指向一个环绕土星的卫星轨道。“一颗中子星围绕土星公转？不可能！一个黑洞和一颗中子星组成双星系统，然后一起围绕土星公转？这更不可能！”
布兰德教授能找到的唯一解释就是：引力波来自一个靠近土星的虫洞，而引力波源，也就是中子星－黑洞双星系统一定是在虫洞的另一端。引力波从双星系统向外不断传播：一小部分引力波被虫洞捕获，通过虫洞向外四面八方穿过太阳系，这一小部分引力波中的一部分传到地球，最终被LIGO引力波探测器探测到。
但是导演诺兰认为，即便不提引力波，电影中也已经引入了足够多的、严肃的科学理念。后来当编剧克里斯精简电影中的科学元素时，引力波就成了自然的删减对象。对索恩来说，这个决定还挺让他难受的，毕竟LIGO是他半生的心血。如果当时电影采纳了这个剧情，说不定全世界的观众就可以在大屏幕上一睹LIGO的风采：LIGO很像一个巨大的圆规，每条“腿”各有4000米长，一个分布在路易斯安那州列文斯顿的森林里，一个分布在华盛顿州汉福德的荒漠里，从天上望去甚为壮观。
第一代LIGO工作的时候，陈雁北去过很多次观测站，升级之后就不需要专门去了，偶尔才过去交流。每次去他都很兴奋，从飞机上就能看到地面有个这么大的家伙，检测到的结果竟然能和实验计算相吻合，每一次看到它都觉得很感动。
作为索恩的弟子，陈雁北并没有脑洞大开设想什么科幻故事，他也不爱看科幻片。“很勉强地去看了《星际穿越》”，觉得“好吧，那就是黑洞了”，并没有觉得奇妙，“只是觉得故事角度挺好，还挺感人”。
难得的是，他挺喜欢《生活大爆炸》。有一次他和一个搞实验物理的同事讨论《生活大爆炸》，他问：“这个剧夸张吗？我们是这样的吗？”结果同事回答：“你们搞理论物理的就是这样。”
“《生活大爆炸》里有些人物很奇葩，但是人物的某些特质还是可以从身边的人中发现的。研究越抽象、越理论的人，可能和人的交流就不是特别好。”他以前有个学生很像剧中人物谢尔顿，思维敏锐、天分很高，对问题把握很好，但是和人交流得不好，有点像阿斯伯格综合征，唯独是对自己的评价没有谢尔顿那么高。“搞理论物理的人和社会或多或少都有点脱节，有不接地气的地方。”
但索恩不是这样的人。“他很温和，对人客气，即便坚持自己的观点也不会针锋相对，很会处理人际关系。他的学生都或多或少试着成为这样的人。”据陈雁北回忆，LIGO合作组一开始内部有分歧，后来有些人离开了加州理工，但是所有人和索恩关系都很好。
LIGO是一个很大的项目，参与者有1000多人，这么多年来来回回加入、退出了很多人，对于那些退出的研究者，陈雁北觉得不用后悔。“很多人在尝试过人类历史上最勇敢的科学探险之后，转入其他科技行业，对社会做出了更直接的贡献。”
在这次庆祝引力波探测成功的活动中，他碰到了三个曾经在引力波领域工作过的人才。第一个是大卫·李博士，他早年在引力波探测领域一位资深专家的指导下进行引力波探测中检验相对论的研究，毕业后在电子通信行业、金融业取得了巨大的成果，现在是加州理工大学的校董事会主席。第二个是山姆·魏德曼博士，在LIGO受过多年实验物理训练以后，他放弃了芝加哥大学的教职，投入空间事业，在伊隆·马斯克创建的Space-X公司主持飞行器传感器的开发，他带领的小组首次使得私营公司的商用空间飞行器“龙飞船”为国际空间站运送货物。第三个是更年轻的学生赛斯·哈德曼，在他的科研小组里面学习数值相对论后，进入了美国初创公司Hyperloop（超级高铁）任“悬浮工程师”，他告诉陈雁北，不久的将来，会出现15分钟就能从洛杉矶到旧金山的超高速火车，这段旅程的票价只需15美元。
“LIGO训练出来的人才，正在用更直接的方式为社会做出贡献。”陈雁北说，“参与LIGO的人并不一定一辈子都做引力波。在我科研生涯的前十几年，我尝试了、学会了很多东西。对于我来说，引力波的发现可能是一个转折点，有趣的东西那么多，我还会研究点别的。”
记者 曹玲
- 看不过瘾？点击下面链接！ 【本站微信公众号：gsjx365，天天有好故事感动你！】
