引力波被質疑是好事？諾獎得主破爭議，分享成功心得 | 科技袁人_風聞

導讀

袁嵐峯和諾貝爾獎得主巴里·巴里什對話，解讀引力波。本期為第三期，第一、二期見：（《引力波有什麼魅力？物理諾獎得主巴里·巴里什獨家解讀 | 科技袁人》《探測引力波到底有多難？諾獎得主大讚中國引力波探測項目 | 科技袁人）》。

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本視頻發佈於2021年11月5****日，觀看量已超115萬

精彩再現：

袁嵐峯：我們的節目經常有我跟著名科學家的對話，世界頂尖科學家協會與今日頭條幫我聯繫到了一位諾貝爾獎得主巴里·巴里什(Barry C. Barish)，他和另外兩位科學家雷納·韋斯（Rainer Weiss）和基普·索恩（Kip Stephen Thorne），因為探測到引力波獲得了2017年的諾貝爾物理學獎，實際上我以前就見過他們，2017年12月18日，中國科學技術大學上海研究院舉辦了一場“引力波大會”，邀請這三位諾貝爾獎得主演講，潘建偉作主持人，當時我就在現場，後來把這次後來把這次經歷寫成了一篇文章，《聽三位諾貝爾獎得主講引力波》，不過當時我並沒有提問，因為我覺得這樣的機會最好留給公眾，專業的科學家有的是機會交流。果不其然，四年後，在第四屆世界頂尖科學家論壇即將召開之際，我要和巴里什教授進行一次深入的對談。四年來，引力波科學取得了很多新進展，但大多數公眾對這個領域仍然感到很神秘。下面，我們就來和巴里什教授連線。

袁嵐峯：這太有意思了。探測引力波的故事非常有趣。第一個引力波信號是在2015年9月14日探測到的，在LIGO升級為Advanced

LIGO後的僅僅幾天後，對吧？這是令人吃驚的幸運。你們當時做了大量的檢驗工作，確認這不是誤報或有人故意輸入數據造成的假事件。因此，你們直到2016年2月11日才公佈結果。儘管當時中國正處於春節期間，但中國人民仍以極大的熱情擴散了這個消息，我對此留下了深刻的印象。然而另外一方面，此後仍然有人懷疑你們的結果。請問目前狀況如何？對這種懷疑，你們如何看待？

巴里·巴里什**：**哦，好吧，讓我回答一下。首先，現在已經沒有爭議了，所以讓我從頭開始説。我們至今已經探測大約100個引力波的例子。當你看到第一個例子時，人們會提出質疑，但現在你們已經看到了很多經過很多核查的例子，所以現在已經沒有爭議了。

一開始，正如你所説，我們打開幾天前剛升級的設備就探測到了一個引力波，所以不要説是別人，即使是我們自己也不得不擔心這個經過許多改動的儀器是不是在自己發出某種信號。為了否定這種情況，我們不得不認真檢查。

第二，總是存在另一種可能，即其他人故意把這些事件輸入到我們的數據中。所以我們不得不花時間向自己證明兩件事，一是這個信號不是儀器自身產生的，它是一台新儀器。此次檢查花費了大約一個月的時間。我們進行了各種調試來理解和獲取足夠的數據。這樣我們才可以相信信號不是機器自己發出的。我們做到了。

第二點，我們追蹤第一個事件不是隻到計算機，而是更往前，因為我們有一個記錄，它一直追溯到儀器中，以向我們自己證明它來自儀器，而不是來自某個人，他想愚弄我們，通過某種方式將它放到了我們的數據中。我們做到了這兩點，在探測到引力波後的大約一個月內，這沒有把我們帶到2016年2月，而是在2015年10月左右。

然後，當我們確信我們的發現是真實的，我們做了個自私的決定。自私是什麼意思呢？因為我們並沒有立刻向世界宣佈我們看到了某些東西——這樣其他人會弄清它是什麼，我們打算花所有可能的時間來自己理解這個事件的物理原理，然後我們做到了。如果你讀了2月份發表的文章，你會發現給出了一個很好的描述：這個引力波來自兩個黑洞的合併，發生的概率，發生的背景，還有一些特徵，比如它離我們有多遠等等。所有這些結論都來自我們的分析。我們想親自分析，而不是讓其他人來做。在這個意義上，我們是自私的。

第三，在科學上，尤其是當你有重要發現時，你需要把它發表在一家聲譽卓著的期刊上，因此，在確信我們已經理解了其中的物理原理之後，這個任務幾乎佔據了整個11月和12月。

我們説我們要儘可能好地把它寫出來，然後提交給一家雜誌。在我們的情況中，我們選擇的雜誌是一家美國雜誌，《物理評論快報》，它是一家非常有名的雜誌。我們希望這家雜誌社能允許我們的文章比他們通常要求的要長，因為他們通常設有一個字數上限（袁嵐峯：四頁紙）。但我們在沒有告訴他們結果的情況下，要求更長的文章是有原因的，這個原因是我們知道我們會有一個廣泛得多的讀者羣，不僅僅只是引力波領域內那些必須要讀這篇文章的專家。所以這文章的寫法必須是，技術專家能獲得他們需要的信息，而其他人可能更像你，即這個領域之外的人，至少能夠理解我們做的一大部分事。

所以我們寫得非常仔細，以使得它同時適合你們，以及適合真正的技術專家。我們剛好在美國的假期即聖誕節和新年開始前寫完了文章，然後準備提交給《物理評論快報》。雜誌社告訴我們，他們找不到人審稿，因為假期即將來臨。因此，我們沒有在12月交給他們。儘管我們在12月1日寫完了文章，但在1月前，我們都沒有提交，因為我們想要保密，我們在1月將它提交給了《物理評論快報》，然後他們又花了兩週左右的時間讓審稿人審稿，諸如此類。

然後，因為給我們錢的人，即美國國家科學基金會，希望在一個重要的新聞發佈會上公佈這一消息，所以公佈日期就定在了2月11日。這就是為什麼儘管我們9月就發現了引力波，但要到2月11日才公佈。最後，我們在2016年2月11日公佈了這一發現。

袁嵐峯：是啊，我看到了。

巴里·巴里什：然後，那時候其實我們已經觀察到了第二個事件，但我們沒有宣佈。到目前為止，我們已經觀測到了近100個不同類型的事件，不僅僅是黑洞。所以現在我認為毫無疑問，引力波是存在的，人們是在研究它的科學。但在一開始，丹麥有一羣嚴肅的科學家試圖證偽我們的結果，他們認為我們對數據的分析是錯誤的。這就是做科學的方法，這是好事。你希望有人質疑你，但他們不能否定這一發現，因為它是正確的。

袁嵐峯：是的，是的，我在諾貝爾獎網站上您的自傳中看到了這個故事，這是一個極其有趣的故事。但另一方面，對一些人來説，最好的結果就是同時收到引力波的信號與電磁波的信號，因為在這種情況下，你可以確信信號是真實的。

巴里·巴里什：是的，當然，自最初的發現和獲得諾貝爾獎後不久，我們宣佈我們發現了剛才你説的情況。我們看到了一個不同的事件，黑洞不會發出任何望遠鏡能探測到的信號，但我們看到的不是黑洞，而是兩個我們稱為中子星的碰撞。

袁嵐峯：對的。

巴里·巴里什：幸運的是，與此同時，在觀察所謂的伽馬射線爆發時，天文儀器在兩秒鐘內在天空的同一個地方看到了一個信號。有一個有趣的要點，我們不需要計算太多就能得出，那就是天文學家看到的信號是在我們看到的信號之後1.7秒。這兩種信號的物理原理是不同的。引力波來自這兩個物體合併。而根據定義，光信號是在此後產生的，因為根據核物理學，兩者合併之後會發出光子。因此，我們不知道光信號會在引力波出現後多久產生，但預計是晚一點。

但從這次事件中，我們也可以分辨，因為我們用不止一個探測器探測到了它們。這個信號來自哪裏？它來自1.5億光年之外。1.5億光年大於10的15次方秒【註釋：在這裏他想表達的是時間“年”而不是距離“光年”】，因此，在10的15次方秒中的一秒內，光和引力波以相同的速度傳播，這是愛因斯坦告訴我們的，但這是一個非常簡單的證明，在非常高的精度上，我們現在知道引力波以與光相同的速度傳播。

袁嵐峯：這很有趣，那麼現在有多少同時觀測到引力波和電磁波的類似事件呢？

巴里·巴里什：是的，我們不止一次觀測到了中子星碰撞，但是其他事件的發生地點離我們有點太遠，無法被天文學家觀測到。因此，到目前為止，這是唯一一次同時觀測到引力波和電磁波的事件。

袁嵐峯：目前為止只有一次？

巴里·巴里什：是的，只觀測到了一次。我們還觀察到了一個黑洞與中子星相撞的事件。要不是這一事件過於遙遠，天文學家本是可以觀測到的。我們可以看得比望遠鏡更遠。因此，我們看到的事件可以是遠到望遠鏡看不見的。

袁嵐峯：所以如果有一個是黑洞，那麼無論另一個是黑洞還是中子星，黑洞都會吞噬所有東西，這樣就不會產生電磁波，對嗎？

巴里·巴里什：正是如此。這意味着沒有電磁波，如果是黑洞，那麼確實沒有電磁波，沒有光。但是根據我們對科學的理解，黑洞不會輻射電磁波。但許多黑洞是很近的，它們原本可能是被天文學家看到的，但天文學家沒有看到任何東西。沒有人發佈過聲稱對某個黑洞事件觀測到黑洞電磁信號的論文，所以黑洞確實是黑的。但是中子星是現在所有天文學家都可以看到的，在各種不同的波長，包括射電，包括高能光子，包括中間的微波，用你能想象的每一種方式，他們能夠看到中子星的電磁信號，所以我們在進行非常詳細的研究。

好的，另外，對於人們來説，我們除了通過簡單的論證證明了引力波與光以同樣的速度傳播這一點之外，我們可能還解決了一個沒有人能夠預測和解釋非常古老問題，那就是在地球形成時，那些我們曾經如此喜歡的重元素，比如金或鉑，進入了地球，它們是如何到那裏的？因為太空中有各種各樣的物質，但宇宙的大部分物質是由氫和氦等非常輕的元素構成的。重元素來自恆星，但是我們瞭解恆星的燃燒過程，恆星是通過所謂的聚變過程燃燒的，而聚變最多能生成鐵，不是嗎？那麼其他更重的元素是從哪裏來的呢？

當然，我們有一個元素週期表，其中有些元素的原子序數超過100，它們是很重的元素。但是這些元素是在實驗室中產生的，而不是在自然產生的。所以，你可以製造重元素，但那些天然的重元素是如何進入地球的呢？

事實上，實驗室裏的製備方法通常是，把大量的中子向重元素散射，然後得到了一個更重的元素，然後你給它起個名字，做出發現，如此等等。但後來發現，中子星合併非常像我們在實驗室製造重元素的方法，即拿一束中子散射它們。儘管我們還不能通過計算證明，但是基於這次單個事件的最佳計算結果表明，它可能正確也可能不正確，這次事件產生了100個地球體積的黃金和地球大小的黃金。僅僅是從一次碰撞就產生了整個地球大小的黃金。因此，很久以前發生的類似碰撞可能是深受我們喜愛，並被我們用作珠寶的重元素進入地球的方式。

袁嵐峯：是的，所以我們都來自恆星。

巴里·巴里什：是的。

袁嵐峯：剛才的對話讓我想起了一個問題，歐洲的VIRGO是否檢測到了第一個信號？

巴里·巴里什：沒有。我們的探測器比地球上的其他探測器要靈敏得多。幸運的是，我們剛才談論的那顆中子星恰好位於一個非常有利於他們觀測的位置，所以他們能夠看到它。LIGO的靈敏度，大概是，我不知道，VIRGO的三倍。這意味着我們能觀測得遠三倍，所以我們觀測到的大多數事件是他們看不到的。他們的靈敏度不夠。我們希望他們可以改進靈敏度，這樣我們就會有三個探測器。LIGO和VIRGO的一些技術是不同的。

袁嵐峯：我明白了。所以對於第一個信號，你們只有兩個點，即只有利文斯通和漢福德，對吧？

巴里·巴里什：對的。

袁嵐峯：那麼，你們是如何計算距離的呢，既然你們只有兩個觀測點？

巴里·巴里什：哦，是的，那個距離不是由三角法得出的，而是由信號的振幅算出的。引力波信號的振幅與距離成正比，一旦你確定了其他參數，並知道它有多大，等等，所以對信號振幅的探測，是我們一些信息的來源。