k1体育记一个大新闻的出炉——对说的就是引力波的发现

　　k1体育这次的消息来自Clifford Burgess的推特，并被《科学》杂志引述——Burgess是一个加拿大理论物理学家k1体育，他所在的圆周理论物理研究所（PI）是激光干涉引力波天文台（LIGO）的成员单位。

　　虽然言之凿凿，连这篇“引力波之发现”的论文发表时间都精确的预言了出来——2月11日——但严格说来，这仍然是一则传言。当然，像每一次释出的传言一样，它比以往任何传言都更接近事实真相。Burgess说出了产生这次引力波事件的两个已经并合的黑洞在并合前后的质量——并合前分别是36和29太阳质量，并合后总质量62个太阳质量，少的那3个太阳质量变成了能量被引力波带走了；他还说置信度达到了5.1 sigma——是的，这一次，人们已经不会再用“谣言”来称呼它了。

　　从2015年9月至今，“引力波之发现”的消息像一只调皮的幽灵，以形形的版本穿梭于天文和物理学界，它时隐时现，像剂量不断增强的，一次次激起人们的窥探欲——不过我们不得不承认，引力波这剂方子，力道实在太猛，即使它已经快成街头巷议的“旧闻”，我们还是忍不住为它感到热血沸腾。

　　“一次次”绝非虚言。笔者并非引力波圈中人，但几个月来，却也被六七轮“rumour”浪潮扫过。一开始近乎泄密般谨慎、低调，后来“小道消息”越来越频繁的在耳边闪现。直到近乎公开的大新闻——大新闻——和几天之后的，大新闻。在此，我愿意跟读者分享我个人经历的这个“谣言扩散”的历程。

　　2015年9月18日，历经5年的升级改造，LIGO升级成为拥有十倍于原型灵敏度的“Advanced LIGO”并正式开始观测。仅仅一个星期之后，宇宙学家Lawrence Krauss就在推特上放出消息称“有传言（rumour）称LIGO测到了引力波。要是真的就碉堡了。消息确认后会更新细节。”

　　这次早产的流言很快遭到了官方压制——LIGO发表声明，他们会在信号中人为添加一些假信号，用来测试工作人员是否能正确提取信号。而由于除了极个别高管以外没人知道，这样的假信号会被基层工作人员误以为是真实的引力波事件。

　　这种说法也许是真的，也许只是LIGO在泄密事件发生时的危机公关——尽管我们现在相信LIGO确实找到了引力波，但截止目前，我们还不能确认Krauss这次放的风跟最终宣布的引力波发现是不是一回事。Krauss后来也澄清说他当时并没有和LIGO团队的900个人中的任何人直接对话k1体育，这么说的话，他当时拿到的也是二手消息。

　　LIGO的态度可以理解。就算他们真的发现了什么，按科学界发大新闻的惯例，不到文章被期刊接收，也就是发现经过了同行检验，是万万不敢满嘴跑火车随便搞大新闻的。万一重现了意大利科学家宣布“发现中微子超光速事件”后发现只是光纤没插紧的乌龙，这脸可就丢大发了。

　　不管真假，Krauss算是给近半年之久的rumour风潮开了个好头k1体育。2015年11月18日，我一个做脉冲星的北大校友私下跟我爆料，说他们组有师兄听到LIGO的人泄露的消息：LIGO确实发现了一起双星并合事件产生的引力波。校友给我放的风言之凿凿，说这是一个10太阳质量的黑洞和1.4太阳质量的天体的并合事件——LIGO听到了它们并合前100Hz左右的引力波信号，甚至欧洲的VIRGO也听到了同一个信号。还说12月底就要发文章了。

　　这么有板有眼，我当时就信了。我当即跟一个在LIGO那900人中的老同学求证，他说“有这回事”，但是“现在还是机密”，“我们都不能和组织外的人说”，问我是怎么知道的——啊哈，看来LIGO中出了（不止）一个叛徒。老同学表示LIGO不喜欢有人在网上乱说，我想想还是尊重一下同行，不要太像八卦学家，就先把这个消息压了下来。

　　12月7日，LIGO和欧洲的引力波探测器VIRGO联合发了个通知，征集在电磁波段对引力波事件进行跟进观测的合作者。这暗示还不够明显吗？

　　过了半个多月，12月底的时候有做系外行星的同学神秘兮兮跟我说“听说LIGO发现了引力波”，我傲娇的表示都听说了一个多月啦。刚好那天我去开了个大杂烩（会），见到些做脉冲星计时阵列来观测引力波的老博士，便顺便问起这则流言。老博士表示确有此事，说LIGO处理数据的两个不同pipeline（自动数据处理流程）出的结果没对上：一个发现了引力波事件，另一个没有发现，这是文章迟迟没发的原因。至于VIRGO，不可能参与发现，因为它的升级改造还在进行中，还有一阵子才能开始观测。

　　我趁机跟老博士请教了引力波事件的多波段跟进观测。老博士表示，虽然这种双黑洞并合事件估计很多，但是只有在快要并合的三分钟左右才会进入LIGO的灵敏度可探测范围。LIGO的空间分辨率很差，beam（分辨率）在几百个平方度——那可是好大一片天区，所以即使双黑洞并合有射电、光学等波段的辐射，也很难在LIGO发现引力波事件的征兆时，及时调动其他波段的望远镜在目标天区内搜寻找到这个事件的对应天体。也就是说，LIGO这个发现若为真，只能靠LIGO自身的数据来证明，目前还没法用其他手段进行验证。

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　　（LIGO的“beam”形状不是一般望远镜的圆斑形，而是横跨天球上一个大圆的条带。LIGO只有两个站，无法独立确定引力波事件发生在这个条带上哪一点。）

　　次日，做脉冲星的北大校友再次通报了两个不同渠道的消息（都是北大的）：一个说这次发现的信号只有2 sigma——也就是只能叫“迹象”；另一个却说是有5 sigma——已经可以成为“发现”。不同渠道的消息持续彼此矛盾。

　　此后一天，我在蝌蚪五线谱看到了西澳大学（对就是笔者不久之后即将前往的那个学校）助理教授王䶮博士的专访——这是个做引力波的大哥——这篇专访也隐晦的提到LIGO即将搞个大新闻的事情。

　　时至此时，“LIGO发现了引力波”这件事，基本已经成了圈内一个公开的秘密。离“大新闻”，真的只差一张纸的距离了。

　　接下来的事情就进入公众视野了k1体育。2016年1月11日，物理学家Luboš Motl在自己博客上详细的高级科普了引力波探测的原理——并且引述了他听得的两个版本的“流言”：一个说，LIGO发现了两个黑洞并合为一个更大黑洞的事件；另一个说，LIGO发现的引力波事件不止一个，而是俩——Motl当时也没搞清楚在流言中，前者说的这次事件是不是后者说的那两个事件之一。

　　仅仅一天之后，Nature和Science在同一天先后发布了关于LIGO发现引力波的传言的报道，世界媒体顿时沸腾了一阵子，相信各位也都有所体验。不过直到此时，LIGO官方的态度仍然非常谨慎。LIGO团队发言人，美国物理学家Gabriela González称LIGO“仍在分析数据”，“对这样大规模报道可能对公众产生的误导感到忧心”。

　　同一天，我的LIGO内鬼老同学表示，有消息说论文将在1月15日发表，但日期将至，却并未听得进一步的消息。到1月底，“引力波大新闻将在情人节正式出炉”的消息再一次席卷中文互联网。

　　然后就是这次了。Burgess 2月3日发出的这封邮件，比以往任何消息都言之凿凿。虽然文章还没有影子，新闻发布会的通知也还没发布k1体育，但是我想大概所有人，都已经相信——

　　引力波是广义相对论最后一个没有被实验直接检验的预言。虽然人们相信它一定存在，但这么多年来，它就是一直如此低调，从未被直接探测到。

　　以搞出《星际穿越》恢弘的黑洞场面闻名于公众的物理学家基普·索恩正是引力波发现主角LIGO的始作俑者。80年代，他和其他几名科学家一同发起了LIGO工程，旨在建造一个以激光作为琴弦的巨大竖琴，感受宇宙中极高能事件所产生的引力波的拨弄。

　　1999年，LIGO终于建成。它拥有两个台址，一个在华盛顿州的Hanford，一个在路易斯安那州的Livingston。两个台址分别拥有一对呈L型垂直放置的线公里。实际上依靠腔内的反复反射，激光实际走过的路程还要长很多倍。

　　LIGO通过测量两个相互垂直的激光臂的长度的变化来感知引力波。当有诸如双黑洞并合这样的事件产生的引力波扫过LIGO时，它的两条激光臂的长度变化约为10^-19m——原子核的千分之一大小。对大量光子的测量进行统计，才能把这么小的变化测出来。

　　在建成后十多年无所斩获之时，LIGO团队决定对LIGO进行升级。2010年-2015年，LIGO进行了建成以来最大规模的升级改造，升级后的Advanced LIGO把灵敏度提升了十倍。这让它能探测的距离远了十倍，能探测的体积增加了一千倍（并合事件的引力波强度的衰减与距离的一次方成反比）。

　　所以LIGO的成功，最直接的，是工程学的成功。但意义最重大的，是它补上了验证广义相对论的拼图的最后一块拼板，巩固了相对论这一现代物理学的重要基础。

　　对天文学来说，引力波的直接观测则是打开了一个全新的观测窗口——在传统的光学、红外、紫外、X射线、伽马射线、射电波段这些电磁窗口以外，我们已经可以通过中微子、宇宙线来感知宇宙，现在我们终于也可以通过引力波来打开宇宙的一扇新窗。对天文学来说，每一个观测窗口都会打开一个全新的子学科，因为在新的窗口中，你看到的任何现象都是前所未见的，新窗口里遍地是黄金，而第一个拾起这些黄金的人——一般我们会帮他把这些黄金打造成一个雕着炸药宗师的小圆牌。

　　对你没看错，这次的大新闻，是我们丝毫不需犹豫就知道，一定会获得诺贝尔物理学奖的一次发现。绝不会错。

　　Motl表示，LIGO的新闻发布会在美国东部时间2月11日上午10:40，也就是北京时间2月11日晚上11:40。期待！