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百年引力波的前世今生:曾数次影响诺贝尔物理学奖的归属(2)

www.taihainet.com 2016-02-15 18:10 来源: 第一财经日报

执着的美国高校和慷慨的NSF

“它是辛苦的、严谨的和缓慢的,又是震撼性的、革命性的和催化性的。”

在引力波发现后,麻省理工学院校长L.RafaelReif这样评价基础科学研究的价值。事实也是如此,引力波被预言到被发现,花去了100年时间,单是LIGO的科研人员就用去了三十多年才探测到了短短0.2秒的信号。

据媒体报道,上世纪80年代,麻省理工学院的雷纳·韦斯(RainerWeiss)教授想到了用激光的干涉来测量引力波的方法。加州理工学院的物理学教授罗纳德·德雷弗(RonaldDrever)同样提出了这一想法。在加州理工学院的费曼理论物理教授基普·索恩(KipThorne)参与后,加州理工和麻省理工开展合作,主导了LIGO的建设。此后,LIGO成为了美国自然科学基金会资助力度最大的项目之一。

LIGO的原理是什么?假设我们有两个短跑运动员,他们在任何情况下跑步速度都一样,那么,如果跑道因为引力波扰动,长度发生了变化——就像蹦床表面会因受力,在一个方向上拉伸一样,他们从两条原本长度相同的跑道上跑回来的时间就会发生些微的差异。我们就知道,空间确实在震动。在LIGO中,科学家用同源的激光来充当短跑运动员的角色,以试图发现不同方向上空间的变化。

然而,要观测的空间的变化并不是那么简单,震动的幅度太小,同时还受到外界环境的干扰,使得观测到有价值的数据非常困难。LIGO建成后,经过数次升级,不断提升灵敏度。在LIGO最终发表的这次观测结果中,在十几亿光年外两个分别为29倍太阳质量和36倍太阳质量的超恒星级黑洞合并,仅仅带来了0.2秒的信号。而LIGO位于路易斯安那州的列文斯顿和华盛顿州的汉福德两地同时观测到这一信号后,经过反复验证,在时隔4个月后,才发表这一结果。

为这0.2秒的信号,不仅无数科研人员付出了大量的时间,NSF也为此付出了大把金钱。有资料记载,1999年LIGO建成时,耗资已经超过3亿美元;而此后LIGO还经历过多次升级改造,最近的一次改造就花去约20亿美元。

NSF的慷慨投资所获得的回报,再次证明了它是世界上最成功的国家科技管理机构。这一美国于1950年设立的联邦机构自设立之时起,就慷慨而审慎地为科研领域投资。

值得一提的是,NSF的预算需要经过国会审议,因而,NSF很重要的一项工作,就是在将资助计划向公众公开的同时,将有价值的相关信息通过网络公布,从而让公众理解其投资的意义。这种运作方式使得其能够更加顺利地通过国会的苛刻审核。据报道,美国总统奥巴马于2015年2月向国会提出了总额为1460亿美元的2016财年联邦研发预算请求,较2015年提升了80亿美元,其中有77亿美元是投向NSF的。

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