目睹引力波的第一人

思羽/編譯

目睹引力波的第一人

思羽/編譯

2015年9月14日，馬可·德拉戈（Marco Drago）首次目睹了引力波

2016年2月11日，在激光干涉引力波天文臺（LIGO）工作的物理學家宣布，在幾十年的努力后，他們已經檢測到兩個大質量黑洞爆炸性碰撞所引起的引力波（也就是時空漣漪）。LIGO是設置在路易斯安那州利文斯頓和華盛頓州漢福德的兩臺龐大的儀器，為LIGO工作的科學家有一千人之多，但其中到底誰才是第一個見到人類等待了許久的信號的幸運兒呢？

這份榮耀最終落在了一位說話嗓音輕柔的博士后馬可·德拉戈身上，除了科研他會演奏古典鋼琴，還出版過兩部奇幻小說。他的故事會讓我們看到，研究者構思出復雜的方案來讓LIGO團隊的成員猜想信號是真的，還是故意植入的“冒牌貨”。然而，這個方案又是如何分崩離析，僅留下一名幸運的物理學家從而保守了一個令人激動的秘密。因為之后不久，這名科學家創建了整個LIGO合作組織。

馬可·德拉戈本人不在路易斯安那州或華盛頓州，甚至都不在美國。與此相反，這位33歲的博士后是意大利帕多瓦人，當時在位于德國漢諾威的馬克斯·普朗克引力物理研究所的辦公室里。LIGO團隊的成員在那兒做數據分析工作。共有四條數據“管道”，也就是自動化電腦系統梳理兩臺探測器輸出的原始數據，尋找潛在的有趣信號，德拉戈在那兒監督其中一條“管道”。2015年9月14日，德拉戈正在與一位在意大利的LIGO項目同事進行電話通話時，他負責的“管道”發給他一條電郵通知——他大約每天都會接收到一條這樣的通知。電郵告知他三分鐘之前（當地時間11:50:45），兩臺LIGO探測器都記錄下一次“事件”（也就是不常見的讀數）是次大事件。“信噪比相當高——相比于典型的10，它達到了24。”德拉戈說道。

事實上，信號如此之強，讓德拉戈不敢相信這是真實的，而且他有很有力的理由。遙遠的源頭傳來的引力波會以極其微小的服務延展空間，為了檢測到這種有節奏的延展，LIGO使用兩臺龐大的、名叫干涉儀的光學儀器，基本上它們就是充當巨大的尺子。為了測試這套復雜得讓人難以置信的裝置，LIGO項目的物理學家們研發出一些機械系統，令裝置晃動，從而“輸入”假信號。德拉戈說，他見到的信號如此完美，因為太好，所以看起來不像是真的?！皼]人期待得到這么大的收獲，于是我以為是一次假信號輸入。”

接下來就是故事就偏離早已準備好的劇本了。信號輸入可以在兩天內完成：當研究者調試儀器時，信號輸入是公開進行的，而在研究者接收數據的階段，信號輸入則會秘密進行。后一種“盲輸入”的用意是讓研究者保持警覺。只有四名LIGO的負責人知道這樣的假信號輸入在何時進行，而且要等到潛在的信號受到徹底檢查，記錄下來，準備發布后，才會披露這些信息。2010年披露出的情況就是這樣，那時LIGO的研究者到最后關頭才得知一個可能的引力波信號實際上是次“盲輸入”。所以，假如情況進行得和預期中一樣，德拉戈也許只會注意到電郵通知，接著像往常一樣繼續工作，同時心中以為真信號終將出現。

然而，這一次檢測的情況有所變化。那是因為在2015年9月14日，LIGO的物理學家還在一次為期5年、花費2.05億美元的升級后調試儀器。研究者打算在那天用新的裝置開始第一次數據運行，但好幾個系統（包括假信號輸入系統）還沒準備好運行，戴維·賴茨（David Reitze）說道。賴茨是位于帕薩迪納的加州理工學院的物理學家，也是LIGO項目的執行主管。于是，LIGO的幾位負責人轉而選擇繼續進行為期一周的評估測試，也就是人們所知的“工程運行”。因而，當信號出現時，德拉戈知道假信號輸入系統應該沒在工作。他立即著手驗證信號，最終向整個LIGO合作組織通報了這一信號。

德拉戈的第一步是詢問在漢諾威的另一名博士后安德魯·隆格倫（Andrew Lundgren），合作組織內是否有人進行了公開的假信號輸入，卻尚未做適當的登記。隆格倫發現不存在這類事件發生過的證據。接下來，德拉戈與隆格倫給利文斯頓的控制室（那兒的當地時間是剛過早上五點鐘）和漢福德的控制室（那兒的當地時間是剛過凌晨兩點）打電話，詢問是否有人動過探測器或注意到任何奇怪的運轉情況。他只打通了一個地方的電話。“我記得是利文斯頓?！钡吕暾f。但被對方告知一切正常。

最終，大約在收到電郵通知的一小時后，德拉戈向整個LIGO合作組織發出了一封群發電郵?！拔以陔娻]里詢問有沒有人知道任何可能是假信號輸入的情況。”德拉戈說。沒人說有過假信號輸入。但那封電郵提醒了所有人，激光干涉儀已經檢測到一個非常明顯的信號，起碼從表面看來不可能是一次“盲輸入”。這個信號極可能不是“盲輸入”正好是他們不知曉的情況。幾天后，合作組織的負責人對外發送通知，表示信號大概不是一次假信號輸入。在LIGO合作組織內部，引力波的驗證已經初露端倪。

一等研究者意識到他們手頭有著一個潛在的發現后，他們結束了工程運行，轉向了數據接收模式，并認為儀器在這個階段應該在未受任何調整的情況下運行。官方的說法是，2015年9月18日運行狀態的改變標志著更新后的LIGO搜尋引力波源頭的開端。但是，實際上科學家主要是試圖收集足夠的數據來驗證這個早已觀測到的信號，路易斯安那州立大學巴吞魯日分校的物理學家、LIGO科學合作組織的發言人加布里娜·岡薩雷斯（Gabriela González）說道。為了測量背景噪聲，估計信號的統計顯著性，研究者需要從兩臺同時運行的探測器獲得五天的數據。等到2015年10月5日，他們擁有了足夠的數據。

研究團隊花費了更多時間來確保他們沒有受到某種方式的愚弄，確保這個信號不是無意中被人輸入的，也不是某個精心布置的惡作劇的一部分。但這些事被證明是無法實施的。“你需要一整隊擁有各種各樣技術能力的圈內人。”他如此說道。

隨著分析繼續，結果被寫進報告里，LIGO的幾個負責人竭盡全力掩蓋消息?！斑@是個挑戰?！睂_雷斯說，“但從一開始我們就向合作組織成員解釋了保密的需要?！蓖瑫r，分析持續進行著?！澳悴荒馨l布個聲明，接著說‘糟糕！對不起，我們弄錯了！’”岡薩雷斯解釋道。盡管如此，發現引力波信號的消息慢慢地泄露了出去，尤其是通過社交媒體和科研人員的博客。岡薩雷斯說，她發現對付——或者無視——各種詢問是件帶給人很大壓力的事情，尤其是來自新聞記者的詢問?！跋啾炔换卮饎e人的詢問，解答別人的詢問會給人帶來許多快樂。”她說道，“但我們從始至終都沒說謊?！?/p>

但現在這條爆炸性新聞已經放出，LIGO的研究者可以自由發表言論。德拉戈說：“我會打電話給我的家人，告訴他們‘你們知道嗎？我是目睹引力波的第一人?！彼麑Υ撕芨吲d。

[資料來源：Science][責任編輯：遙醒]