對話LIGO成員胡一鳴:研究引力波可親身見證歷史瞬間

2021-01-09 澎湃新聞
胡一鳴

德國馬克斯-普朗克引力物理研究所、清華大學博士後胡一鳴,作為LIGO科學合作組織成員,參與了此次引力波的探測。2月16日,仍在德國進行研究工作的胡一鳴接受了澎湃新聞(www.thepaper.cn)記者的採訪。

胡一鳴表示,引力波的成功探測,意味著一個新時代的開啟,人類可以用一種全新的手段認知這世界。目前,他的研究項目集中在對於連續引力波源的搜索上。對於在不久的將來找到連續源發出的引力波,胡一鳴充滿信心。

【對話胡一鳴】

父母拮据但支持天文愛好,大學開始對引力波感興趣

澎湃新聞:

父母是否支持你對天文的愛好?他們是如何培養你這方面的興趣的?

胡一鳴:

我現在還很感激我的父母,作為工薪階層的他們生活一直拮据,但是由於我對天文一直有著強烈的熱愛,所以在我初中的時候,父母還是給我買了一臺天文望遠鏡作為考試取得好成績的獎勵。我一直感激我的父母有著比較開明的教育觀念:當我對什麼事物有興趣時,只要是健康的愛好,他們還是會想盡辦法幫我創造環境。

澎湃新聞:什麼時候開始對引力波感興趣的?為何會加入到此次對引力波的探測項目中去?具體承擔哪些工作?

胡一鳴:我在大學的時候曾經參加過一次學術會議,在那裡第一次了解到了引力波這個有趣的概念。西澳大學的溫琳清教授的報告當時把我深深地震撼了,引力波天文學,這麼一個有趣、有著無限潛力的領域,在不久的時間內就將因為硬體儀器的靈敏度升級而變成現實。

選擇這個領域,就意味著可以親身見證許多歷史性的瞬間,甚至在這樣的歷史進程中做出自己微不足道的貢獻,這一前景讓我激動不已。所以我申請博士時的項目就非常明確,希望能夠參與到引力波方面的研究中去。我博士期間的工作就包括對引力波候選事件的顯著性的系統性誤差的分析。計算這次GW150914(編註:LIGO此次觀測到的引力波事件)顯著性的方法,就是根據我之前的研究推薦使用的。

LIGO探測到引力波是因「天時、地利、人和」

當地時間2016年2月11日,美國華盛頓,美國科研人員11日宣布,他們利用雷射幹涉引力波天文臺(LIGO)於去年9月首次探測到引力波。

澎湃新聞:

2015年9月14日,引力波抵達地球。為什麼最近才公布呢?這麼長的時間內都做了哪些具體工作?

胡一鳴:

其實信號到達後3分鐘就被程序發現。科研組內部恪守規則,在沒有萬分的把握之前,嚴禁任何成員向任何組織外的個人透露消息。LIGO科學合作組織非常嚴謹,只有握有強有力的證據,才可做出超出常人想像的論斷。雙黑洞的探測是一次驚世之作,對於大眾而言,這不過是屏幕或者報紙上的幾個簡單數字,但是所發表的論文中的每一句話、每一個數字,背後都是漫天飛舞的電子郵件的討論和反覆的計算和確認,浸滿了科學家的汗水。「兩句三年得,一吟雙淚流。」

澎湃新聞:

目前世界上有不少引力波探測裝置,為什麼只有LIGO探測到了引力波?

胡一鳴:

天時,LIGO晚開機3天就看不到這個信號。地利,LIGO的位置對於這一個信號比較靈敏(對於別的一些信號就不好了),而且探測器的靈敏度也確實到了該探測到一些東西的時候了。人和,1000多人的科研團隊通力合作,科研經費充裕。

澎湃新聞:

引力波的發現對中國引力波的研究會產生哪些影響?中國關於引力波的研究現狀如何?

胡一鳴:

中國有一些關於引力波方面的研究團隊,比如北師大的朱宗宏教授、張帆教授等,清華的曹軍威教授等,此外還有自主提出的建設引力波探測實驗計劃的中山大學的羅俊院士。他是中國引力物理界的領軍人物。他對引力常數的測量、引力定律的檢驗的研究,都處於世界的前沿。羅院士的團隊最近提出的「天琴計劃」,是在空間中測量引力波。空間中,我們可以測量頻率更低的引力波。一方面,可以從側面驗證LIGO引力波源、引力波傳播的性質,另外一方面,也可能探測到大質量甚至超大質量的黑洞。希望這次LIGO對引力波的探測,對天琴計劃是一個推動。

「引力波探測對物理學家來說是十年一遇的盛宴」

澎湃新聞:

你覺得引力波的發現對世界來說最大的意義是什麼?

胡一鳴:

引力波的探測對於物理學家來說是一場十年一遇的盛宴,是愛因斯坦的偉大勝利。它的意義,不僅僅在於證明了一百年前的廣義相對論對於恆星級別黑洞依然成立,更在於它從此打開了一扇人類探索宇宙的新窗口,可以用這種全新的手段認知宇宙。

以前的天文學研究絕大部分集中在了電磁波手段的探測,從而學到了非常豐富的天文、物理的知識。然而,由於電磁波與物質相互作用比較強,無法用來探測天體中心的情況和過程;反過來,引力波構成了一個完全互補的探測手段,可以傳達豐富的關於天體中心的情況,而外周物理環境的信息傳達則要少很多。使用引力波探測,就好像治癒了一個先天失聰的病人,可以用一種全新的手段認知這世界。這一次探測的意義,就在於它標誌著一個新時代的開啟。

澎湃新聞:

今後你研究的方向是什麼?是否還會繼續引力波的研究?

胡一鳴:

我目前的研究項目集中在對於連續引力波源的搜索上。銀河系的中子星上可能會有些微的凸起或凹陷,在自轉過程中,這種物質分布得不均勻就會產生一個持續時間很長的引力波,這種引力波雖然微弱,但一來持續時間長,二來距離地球比較近,所以也很有希望可以探測到。一個中子星差不多就是把一整個太陽壓縮到上海的中環範圍的一個球體,事實上,之前的研究可以把中子星的這種凸起限制在幾毫米!我對於在不久的將來找到連續源發出的引力波充滿信心。

由於需要積累較長時間的信號,連續源的搜索在2月10日才剛剛開始。 然而,連續引力波源的搜尋需要大量的計算機資源,甚至用上LIGO旗下的所有超級計算機都只是杯水車薪,因此我們呼籲廣大有興趣的讀者可以前往http://www.einsteinathome.org/ 下載分布式計算的軟體,用您家中空閒的CPU為搜索引力波這一使命貢獻出自己的力量。

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