宇宙音符，共同聆听引力波发现背后的中国力量

文|东昇



宇宙音符，共同聆听引力波发现背后的中国力量

文|东昇

在积极融入顶尖课题的世界协同作战之余，中国科学家也同时开启了本土的引力波探测计划

百年前，那个依然英俊的青年爱因斯坦经过十年的苦思冥想，参悟了时空和引力的本质，写下了划时代的公式。那个简洁美妙的公式，被后世的另一个才华横溢的学者约翰·惠勒总结为：时空命令物质如何运动，而物质引导时空如何弯曲。

百年后，经过几代科学家一个世纪的不懈努力，终于站在一个新时代的起点，迎来人类探测到的第一个引力波信号——2016年2月11日，LIGO（激光干涉引力波天文台）科学合作组宣布探测到来自GW150914双黑洞合并事件的引力波。

在这个顶级世界难题的漫长求索中，许多科学家为此殚精竭虑，中国科学家也曾为攻克这个堡垒而煞费苦心。

壮志未酬

时间退回到34年前的夏天，地中海北岸。

为纪念科学巨匠爱因斯坦诞辰一百周年，1979年7月，来自世界各地的科学家聚集在意大利美丽的海滨城市里雅斯特，参加第二届国际格拉斯曼广义相对论国际会议。

这是中国科学家第一次参加这样的盛会，中国物理学家陈嘉言由于在引力波研究方面的贡献，被历史性地聘为会议顾问委员会委员。

这也是中国的引力波研究第一次被国际社会认可。

世界第一个引力波检测器的建造者、引力波研究的前驱、美国马里兰州立大学韦伯教授激动地说：“中国人也有自己的引力波探测器了！坚持下去，奇迹将可能由你们创造！”

可随之而来的，竟是遗憾。1982年4月9日，刚从上海审稿回来的陈嘉言风尘仆仆地投入工作。中午，同事们都下班了，陈嘉言钻进天线的真空罐中，对实验设备进行检测。悲剧在此时发生了——12时16分，陈嘉言不幸触电，因公殉职。

他的身边，还放着仪器和刚记录下各种数据的笔记本。

“引力波探测是当代科学难题，也许我这一辈子还找不到它，但我坚信它必将会被认识和掌握。当它的存在一旦被证实，不少物理概念将要重新树立，其认识价值是巨大的。我愿做引力波探测长途中的一颗铺路砂子。”陈嘉言的科学信念至今仍令人感怀。

从那以后，由于人才队伍接续等问题，中国的引力波研究停滞了十多年。直到2008年，在中科院力学所国家微重力实验室胡文瑞院士的推动下成立空间引力波探测工作组，引力波的中国研究才再启征程。

“坐穿板凳”的沉潜定力

令人欣喜的是，尽管有着一段空白历史，但在这次划时代的引力波探测中，中国科学家并未缺位。

凭借高精度的数据分析能力，中国科学家“净化”了引力波探测中的干扰信号，与全世界顶尖科学家“协同作战”。

清华大学信息技术研究院研究员、LSC理事会成员曹军威正是这支“净化之军”的负责人，他参与了引力波数据计算和分析的工作，并时刻关注着LIGO的工作动态。

“国内研究团队不应该在这样的顶级研究领域落后。”曹军威组织创建了清华LIGO工作组，由来自信研院、自动化系、计算机系和工程物理系的教师和学生组成。他们采用先进计算技术提高引力波数据分析的速度和效率，得到了国际同行的认可。

2009年，清华被LIGO科学合作组织（LSC）接受为正式成员，也是目前中国大陆唯一的LSC成员。

“这次发现的确美妙和激动人心，但日常工作中的海量数据分析并不总是令人愉快。”曹军威介绍，LIGO数据的采样频率特别高，达到每秒1.6万次以上，采样信道达上万个，数据量大，需要先进的计算机处理技术做支撑。

对于这样的海量处理，需要的是“坐穿板凳”的沉潜定力——“漫长的时间里，LIGO探测器并没有达到设计精度，是探测不到真正的引力波信号的，可以认为实际大家在处理的全都是噪声，可就是在对这些噪声的一点一滴的处理中不断积累经验，不断提升仪器的精度，才有了今天的探测灵敏度”。

共同走进“引力波”时代

在积极融入顶尖课题的世界协同作战之余，中国科学家也同时开启了本土的引力波探测计划。

西南贵州，在形成于4500万年前的巨型天坑中，科学家与工程师们正在建造面积相当于30个足球场的世界最大单口径射电望远镜。它像一只庞大而灵敏的“耳朵”，将捕捉来自遥远星尘最细微的“声音”，洞察隐藏在宇宙深处的秘密。

“大耳朵”的正式名称是：500米口径球面射电望远镜（简称FAST）。这项中国有史以来最大的天文工程，总投资将超过11亿元，2011 年3月动工，预计2016年9月竣工。建成后，这座射电望远镜在未来20至30年将保持世界一流地位。

“LIGO的实验打开了一个观测宇宙的新窗口，也使我们对于FAST获取更丰富的天体物理信息，推动物理前沿发展，更有信心。”中科院国家天文台射电部首席科学家李菂说。

除了FAST，还有更多的引力波探测计划逐渐浮出水面——

2016年2月13日下午，中国科学院高能物理研究所发表官方微博：“你知道吗？目前，我国主要有两大引力波探测项目：中科院高能所主导的‘阿里实验计划’和中山大学领衔的‘天琴计划’。一个是在地面上聆听引力波的音符，一个是到太空去捕捉引力波的声响。”

2016年2月16日，中国科学家公布一项新的空间探测引力波计划——“太极”，计划在2030年前后发射三颗卫星组成的引力波探测星组。

激光干涉装置、射电望远镜、探测卫星……当人类共同走进“引力波”时代，这一激动人心的发现所带给我们的启示，对中国科学界似乎同样极具价值。

▲中国在西藏阿里天文基地探测引力波。