致敬帖 基普索恩Kip Throne
基普·索恩：抓住寻引力波的人 索恩善于展示在引力物理和天体物理学领域一些发现的令人兴奋并且重要之处，不仅面向学术界，也能够让大众了解 “人类开启了一场波澜壮阔的旅程，宇宙弯曲时空的重重大门即将被打开。而黑洞的碰撞和引力波正是这个旅程中第一个把钥匙。”在华盛顿举行的发现引力波新闻发布会上，和其他科学家兴高采烈、眉飞色舞的神情相比，基普·索恩(KipStephenThrone)的表现要淡定得多。 近日，美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)第一次直接探测到引力波，震惊世界。不止是全球科学家弹冠相庆，就连普通人的微信朋友圈也被各种引力波的解释刷了屏。引力波的发现，被科学界公认为找到了爱因斯广义相对论的最后一块拼图，证实了爱因斯坦引力理论的最后一项预言。用科学家霍金的话来说，引力波的发现意义非同寻常，它将引发物理天文学的革命，为人类提供看待宇宙的崭新方式。 索恩则用不多话语和冷静的表情，传递出他一贯的理念——引力波迟早会被发现，接下来，虫洞、时空弯曲，这些看似不可能的事情也会被一一证实，它们真实存在于这个世界。如果不是有这位与霍金交好的科学家、加州理工学院教授力挺，引力波探测计划很有可能只是纸上谈兵的论文，美国国家科学基金会(NSF)也不会为此“烧钱”数十亿美元。如今，索恩的坚持，让他成了抓住引力波的人。 引力波是爱因斯坦广义相对论所预言的一种以光速传播的时空波动,是时空曲率的扰动以行进波的形式向外传递的一种方式。 50年前就设定了目标 “我只不过是幕后的推动者之一。”索恩在采访中颇为自谦，但在物理学界，索恩正是凭借对相对论性星体、黑洞，以及引力波的研究前沿性研究，成为了大牛式的人物。证据之一是在美剧《生活大爆炸》，无比龟毛但视科学研究为生命的男主角谢耳朵，要去听一场基普·索恩的讲座。谢耳朵愿意花时间去听讲座的物理学家该是什么级别，可以想象。 25岁拿下普林斯顿大学的博士学位，30岁成为加州理工学院最年轻的正教授，索恩的才干和对科学的热情堪比谢耳朵。不过，彼时，他在自己的引力学教材中设置了实验单元，鼓励学生证明用激光验证引力波存在性是不可能的。“但是，当我读了麻省理工学院瑞纳·韦斯(RainerWeiss)的论文之后，我的想法彻底改变了。” 简而言之，引力波的本质是时空曲率的波动，也可以诗意地称之为时空的“涟漪”。过去50年，科学家不断构思、设置各种实验方法，试图找到这种波动。按照恩索的话来说，找到引力波其实是科学家50年前就设定的目标。而瑞纳的引力波实验设计的论文之所以打动索恩，在于他设想了在L型拐弯处放置激光源、以光作为精确测量的尺子，不同于前人。 瑞纳的设想是在两根相同长度的管子的尾部分别发射两束激光，同时，分别放置一个镜子来反射激光。由于光在真空的速度是常数，所以当两根管子去除了空气和其他粒子后，光束应该在拐弯处重逢，除非引力波通过这个结构。如此一来，光源和镜子间的距离产生微小变化，其中一束光现通过所要距离就要比另一根管子短，也就是说，它们不再保持一致。这种差距越大，就表明引力波越强。 “我不记得当时怎么发生，但我们的确在见面的当晚分享了同一个酒店套房。”索恩记得很清楚，1975年，他与瑞纳见面，坐在酒店客房一个小桌子边，在草纸上写满了图形和方程。“瑞纳抽着烟斗，我喝着胡椒味碳酸饮料。我想，这个世界上大概没有多少人可以像我们这样用公式和数据打交道，这种默契难以言喻，因为我们都在这个问题上思考了很多年。”从上午开始讨论一直继续，进行了多久，两人都记不清，只是当回到索恩卧室时，天又发亮了。 索恩和瑞纳多次修改了实验方案。15年后，经过了多年的研究和演讲游说，美国国家科学基金会终于同意下拨数亿美元经费，给由索恩他们牵头成立的LIGO。尽管如此，不少天文学家仍然认为，索恩他们是少数几个头脑发热的人，而引力波根本不可能被发现。 也许此时，这些反对者没有想到，黑洞碰撞产生的引力波经过数万年的长途奔袭靠近了地球。尽管，旅途让它不断衰弱，但是在2015年的9月14日，中欧时间中午11点，整个地球最精细的“耳朵”LIGO，还是敏感地捕捉到这千亿分之一英尺的振动，也就是听到了被天文学家称为一声微弱的、由低到高的“蛐蛐叫”。 索恩和《星际穿越》导演诺兰（左），背景是电影中布兰德教授用来演算的黑板 爱上好莱坞的物理学家 “我对科学一向很狂热，所以，说我是头脑发热的少数人并不为过。”对于当年的非议，索恩现在一笑了之。不过，他也并非科学“呆鹅”，他的黑洞理论让不少好莱坞导演相当感兴趣。于是，他把这种狂热倾注到了电影中，《星际穿越》就是这样诞生的。 据说，索恩对黑洞进行复杂的演算过程，让《星际穿越》的导演克里斯托弗·诺兰(ChristopherNolan)感到头疼。“你就直接告诉我，最简单的解释是什么。”让索恩一度无语的是，电影工作人员都认为，他所说的虫洞，就是一个陷下去的大洞，就像地球上所能见到的无底深渊。而实际上，索恩所说的虫洞只是一个假说，没有人知道它真实的面目。 索恩之所以对于科研无关的电影投入巨大的热情和精力，正是为了让更多人了解科学家们究竟在想些什么，消除大众与现代物理学之间的隔阂。“在《星际穿越》之前，还没有哪部好莱坞影片准确呈现过虫洞或黑洞，我想要呈现的是一部完全符合爱因斯坦广义相对论公式的电影。”同时，索恩表示，虽然他的名字出现在联合制作人之列，但他为电影拍摄所做的事情，和他在大学里的工作几没什么区别。“大多数时候，我还是在纸上不断演算各种方程式。” 让索恩感到兴奋的是，诺兰相信有科学依据、基于真实理论的电影要比天马行空的想象更有趣。两人颇有默契的工作方式，让索恩的很多想法在影片中顺利得以头衔。“我的工作就是用数字计算出，当光线接近黑洞或虫洞的时候，会如何运动，如何改变形状，视觉化的事情就交给导演和特效技术人员来执行。” 虽然，《星际穿越》的时空穿梭、多维空间桥段，在科学界内惹起争议无数，但毫无疑问，精明的索恩已经达到他的目的。至少，一批科幻迷开始以严肃的态度关注相对论和现代物理学研究，说不定其中会产生一些与索恩一样，对科学研究无比狂热、“头脑发热的人”，找到弯曲时空的其他钥匙的人也许很快就会出现。