引力波諾獎得主上海佈道 科學要摒棄實用主義

雷納·韋斯（左）、基普·索恩（右）。圖片來源：視覺中國

冰凍星球、球狀蟲洞、優雅的黑洞卡岡圖雅，都是電影《星際穿越》帶來的視覺衝擊。然而很少有人會想到，電影鏡頭中對每一個未知天體精準的建模，都來自於物理學家嚴謹的思索。

今年的諾貝爾物理學獎得主是三位發現引力波的美國科學家：雷納·韋斯(Rainer Weiss)、基普·索恩(Kip Stephen Thorne)和巴里·巴里什(Barry Clark Barish)。其中已經在加州大學教了50年理論物理的索恩，正是電影《星際穿越》的科學顧問。

日前，這三位在全球享有盛譽的科學家齊聚上海，接受復旦大學頒發的“復旦-中植科學獎”，三位科學大咖的出現，在中國掀起了引力波熱。

科研出發點不是實用

著名物理學家、諾貝爾獎獲得者丁肇中在頒獎詞中評價引力波的發現：“愛因斯坦在1916年提出引力波，人們花了40年時間才讓理論物理界接受了引力波的存在。但是很長一段時間，要探測引力波非常困難，因為技術的限制，直到激光干涉引力波天文台(LIGO)被發明建造。韋斯教授、巴里什教授、索恩教授真正地為我們開創了科技的新紀元。”

三位科學家皆已年逾古稀。對他們而言，引力波的發現並非要和實際應用相關。“經常會有媒體和資助人問我們，你們做出這個有什麼用?我想說，研究的重點並不是結果，而是我們可以從自然中學到什麼。”巴里什對第一財經記者稱，“大多數基礎研究產生的結果都不會有任何作用，我們只是抱著學習的態度去研究它，如果太關注應用，會幹擾我們對世界真相和真理的發現。應用只是附加品，不應本末倒置。”

索恩則對第一財經記者稱：“通常一個想法要花上幾十年時間才能在實驗室里得出預測的結果，而要把研究轉化成一項實際的技術或者應用，就要再等上幾十年。”這意味著，科學家有生之年很難看到一個科學理論從想法變為應用的全過程，通常需要幾代人的努力。比如愛因斯坦在1915年就已經接觸了激光，但激光直到1952年才真正產生，而廣泛應用的裝置或者技術則要到上世紀90年代左右。

三位科學家都強調，科學需要摒棄實用主義。“實用主義不應該成為科學的動機，我們希望等到三四百年後，我們的後人回望當下，會說前輩為他們提供了了解世界、了解宇宙的工具，能夠幫助他們去洞悉宇宙的規律，我們留下的是這些只是財富，而不僅僅是一種應用。”索恩稱。

已經75歲高齡的索恩一直走在向大眾傳播科學的最前沿，作為理論物理學家，研究領域是廣義相對論。他很早就發現了引力波巨大的科學潛力，還描述了引力波信號的特徵並估算了引力波的強度，為引力波的探測奠定了理論基礎。

國際合作是趨勢

從1916年愛因斯坦提出引力波，到2016年引力波被發現，正好100周年。對索恩而言，其中主要有兩大轉折和兩個關鍵人物：一是約瑟夫·韋伯，他質疑愛因斯坦認為引力波不可預測的論斷，成為第一個探尋引力波的人;另一個就是此次和他分享諾貝爾獎的雷納·韋斯，他發明了激光干涉儀引力波探測器，這也是LIGO裝置的基礎。索恩稱之為“一個經得起時間考驗的設計”。

韋斯是一位嚴謹的科學家，在發明了激光干涉引力波探測器之後，他又分析了主要干擾，提出應對策略，並最終給出了一份設計藍圖。但是在探測到引力波之前，韋斯認為不該把這些成果發表在主流的科學期刊上，於是他選擇低調地發表在麻省理工學院的內部報告上。

在談到如何進行下一步引力波研究的時候，韋斯對第一財經記者表示：“引力波的領域，要考慮第三代的地面探測器，這個探測器，把大家從天文學範圍變到宇宙學的範圍，觀察宇宙早期發出的引力波，也就是宇宙大小是現在十分之一的時候的情況，那樣我們可以學習到黑洞的起源。”

為了觀察宇宙最早期發出的引力波，韋斯與中國科學院在西藏阿里建的宇宙微波背景輻射實驗室合作。所謂宇宙微波背景輻射，就是周期接近宇宙年齡的引力波在太空中留下的印記。索恩認為，未來5到10年，這種引力波很有可能被探測到。

“在選址上，中國有非常大的優勢。西藏阿里和智利、南極是適合程度相當的選址。”韋斯介紹道，“這是一個國際合作實驗，它用的是美國探測器技術，而中國科學家負責組裝建造，並且這個過程當中，大家各取所長，體現了國際合作，讓每一個人都有自己的優勢，這也是我們非常重要的科學目標。”

談到科研項目的決策到底應該由誰來主導時，韋斯更為強調國際合作的重要性。他分享了當時美國國家科學基金會對於決定引力波激光探測器到底建在哪裡召開論證會的例子。“他們把全世界所有的引力波組都邀請來，每一個組都要提出自己的方案，雖然是美國的國家科學基金會，還是把世界各國的組都叫來，在英國、德國、澳大利亞，每一個組，都提出一個自己的方案。最後在提出決定的時候，是一個專家委員會進行討論。這個委員會的專家本身不是引力波方向的，但是由相近專業的科學家組成的，由這些人論證，最後決定在美國造激光探測器的方案。這個項目雖然是美國領導的，但是整個論證過程是一次國際合作。”韋斯稱。

巴里什則是將LIGO項目進行技術升級的關鍵人物。他不僅建立起了激光干涉引力波天文台，還將引力波項目打造成一個世界級的大科學項目。

巴里什稱，在決定科學方向時，應由一線科學家決定，而不是由離科學比較遠的人決定。他以義大利的科研為例說道：“義大利雖然是一個比較小的國家，經濟實力也不強，但是他們在參與研究的選擇上非常好，在各個領域都有獨特的貢獻。用天文望遠鏡參與空間引力波探測，參與中微子研究，這是義大利科學家在對世界的貢獻。”

他甚至認為，義大利決定研究方向的決策過程可能比美國更優越。“美國的優勢是有很多大的實驗室和儀器設備，但是美國的問題也是被這些大的儀器設備、實驗室牽制，可能體制太笨重。”巴里什稱。

當伽利略把他的光學望遠鏡瞄向太空時，他開啟了現代光學天文學，也打開了宇宙的第一扇電磁窗口——光。而隨著觀察宇宙的不同窗戶被逐一開啟，人類天文學的發展也真正地進入到“多信使時代”。未來所有天文學的觀測設施，都可以同時指向天空的某一特定方向，進行相關信號的收集，從而對一個事件產生全球性的效果。現在，僅僅是個開始。