作者：張雙南
CFP
科學(xué)界早有共識(shí)，首次直接探測(cè)到引力波應(yīng)該能獲得諾貝爾獎(jiǎng)。但我傾向于認(rèn)為，如果引力波探測(cè)的結(jié)果僅僅只是這個(gè)工作，要拿到諾獎(jiǎng)恐怕不易！
原因在于，任何科學(xué)實(shí)驗(yàn)都需要驗(yàn)證——或者有其他的結(jié)果、方法去檢驗(yàn)、驗(yàn)證雙黑洞合并的引力波事件，或者LIGO能夠發(fā)現(xiàn)新的、但是不同的引力波事件，這個(gè)工作才能順理成章地獲得諾貝爾獎(jiǎng)。
首先，我不認(rèn)為L(zhǎng)IGO能夠很快發(fā)現(xiàn)更多其他類(lèi)型的引力波事件。引力是最弱的相互作用力，以至于愛(ài)因斯坦都認(rèn)為引力波可能無(wú)法被直接證實(shí)。LIGO觀測(cè)到的恒星級(jí)質(zhì)量雙黑洞并合的引力波信號(hào)比較強(qiáng)，但此類(lèi)事件可能是非常稀有的，而其他類(lèi)型的引力波事件信號(hào)非常弱，現(xiàn)有的儀器很可能無(wú)法發(fā)現(xiàn)。
其次，即使恒星級(jí)質(zhì)量雙黑洞并合事件很多，但天文界研究的一個(gè)傳統(tǒng)是：需要找到其他的信號(hào)對(duì)結(jié)果進(jìn)行獨(dú)立驗(yàn)證，比如電磁波信號(hào)。目前我們尚未看到這個(gè)事件的電磁波對(duì)應(yīng)體的明確證據(jù)（盡管有微弱證據(jù)表明可能看到了和這個(gè)事例對(duì)應(yīng)的伽馬射線暴），說(shuō)明找到這種事件的電磁波對(duì)應(yīng)體可能會(huì)比較艱難。
當(dāng)然，對(duì)這一結(jié)論科學(xué)界也有爭(zhēng)議。我們研究小組曾經(jīng)寫(xiě)過(guò)文章預(yù)言這樣的雙黑洞并合不會(huì)產(chǎn)生電磁波輻射。這篇文章是用英文寫(xiě)的，我們?cè)谖闹械闹饕^點(diǎn)翻譯回中文是：“利用完整和自洽的廣義相對(duì)論計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)下落物質(zhì)不會(huì)堆積在黑洞的事件視界外面，因此以前預(yù)言的量子輻射和伽馬射線暴不太可能產(chǎn)生。我們預(yù)言兩個(gè)黑洞并合只能產(chǎn)生引力波但是不會(huì)產(chǎn)生其他信號(hào)。未來(lái)同時(shí)的X射線和引力波探測(cè)將能夠驗(yàn)證我們的預(yù)言?！?/p>
那么，如何才能驗(yàn)證LIGO的結(jié)果呢？這是我們現(xiàn)在開(kāi)始認(rèn)真考慮的問(wèn)題。我相信很快我們就會(huì)看到各種各樣的建議、方案和理論模型。
其中之一就是歐空局主導(dǎo)的激光干涉空間引力波觀測(cè)項(xiàng)目（LISA）。其實(shí)LISA與LIGO差不多同時(shí)醞釀，LISA在太空，LIGO在地面。盡管LISA的科學(xué)目標(biāo)不是探測(cè)恒星級(jí)質(zhì)量雙黑洞并合事件，但是如果LISA如期探測(cè)到超大質(zhì)量黑洞并合產(chǎn)生的引力波，就是對(duì)這次LIGO探測(cè)結(jié)果的驗(yàn)證。今天LIGO已經(jīng)取得了重大成功，但幾年前美國(guó)NASA取消了LISA項(xiàng)目，現(xiàn)在歐空局正在艱難推動(dòng)LISA。
我認(rèn)為，LIGO的成功不是偶然的，而是遵循科學(xué)研究規(guī)律的必然結(jié)果。天文學(xué)研究的歷來(lái)做法是：為了探測(cè)某一種天文信號(hào)（比如X射線），首先造一個(gè)“微縮”的“實(shí)驗(yàn)室版”儀器，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行人工模擬驗(yàn)證，目的是確認(rèn)儀器能否探測(cè)到這種信號(hào)。然后做一臺(tái)小的天文儀器，看是否能夠探測(cè)到天文信號(hào)，哪怕只有一個(gè)X射線光子。取得成功后，再逐漸造更大的、能力更強(qiáng)的。從當(dāng)時(shí)的情況看，LISA計(jì)劃耗資巨大、但是缺乏中間步驟，就是一步登天，因此在和其他大項(xiàng)目的競(jìng)爭(zhēng)中很難成功。
LISA和LIGO探測(cè)引力波的原理是一樣的，所以LIGO的成功可以說(shuō)是證實(shí)了這種探測(cè)引力波的方案的可行性，我認(rèn)為可能會(huì)促進(jìn)LISA的實(shí)施進(jìn)程。目前，中國(guó)科學(xué)家正在探討介入LISA的可能性，也就是“太極計(jì)劃”的一部分。不過(guò)，最樂(lè)觀估計(jì)，空間探測(cè)引力波需要的衛(wèi)星編隊(duì)也得十幾、二十年之后才能發(fā)射運(yùn)行了。有可能在此之前這次LIGO引力波的探測(cè)結(jié)果已經(jīng)通過(guò)其他的手段得到了驗(yàn)證，LIGO的這項(xiàng)工作已經(jīng)獲得了諾獎(jiǎng)。盡管如此，LISA的科學(xué)意義仍然是非常重大的，因?yàn)樗梢杂^測(cè)其他任何手段都不能研究的天體物理現(xiàn)象，比如超大質(zhì)量黑洞的并合過(guò)程。
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《光明日?qǐng)?bào)》（ 2016年02月19日 10版）
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