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推薦序 引力波關乎你我

你的職業也許跟科學研究相去甚遠,或許你只是出於好奇偶爾翻開了這本書,引力波的字眼你可能只是在新聞報道裡聽說過。但我想說的是這並不是一本介紹引力波天文和物理的高冷科普讀物,實際上它在探討人、自然與科學的關係。它關乎你我。

發生碰撞的這一對黑洞,一個質量是太陽的29倍,另一個是太陽的36倍。在碰撞之前,兩個黑洞相互繞著對方運行,此時,兩個黑洞之間的距離僅為數百公里,運行速度非常接近於光速。當它們最終碰撞時,最後變成了一個質量是太陽的60多倍的黑洞,相當於3倍太陽質量的能量瞬間通過時空以引力波的形式光速輻射出去。而13億年後,地球上的探測器捕捉到了它們運行的最後4圈,只持續了200毫秒,探測器4公里干涉臂的長度發生了相當於質子直徑千分之一的空間變化。這一系列的數字的確讓我們領略了自然的神奇,人類從沒有如此貼近和聆聽自然,無論從大尺度的宇宙黑洞,還是甚至要考慮到量子噪聲的探測器的微觀變化——引力波給我們展現了一幅前所未有、波瀾壯闊、歎為觀止的宇宙和自然圖景。

難道你不覺得,人類自身更神奇嗎?1916年,愛因斯坦發表論文預測了引力波的存在;100年後的2016年,激光干涉引力波天文台(LIGO)科學合作組織1 000多名科學家成功實現了引力波的直接探測。100年來人類探索引力波存在的努力從未間斷過,而其中經歷的種種更是在這本書裡娓娓道來,有合作、奮鬥與榮耀,也有爭執、猜忌和鬥爭,有血有肉、歷歷在目。2004年一個偶然的機會,我加入了美國麻省理工學院的LIGO實驗室,而在此之前我根本不知道什麼是引力波,但從此以後我也從沒放棄過對引力波研究的追尋。直到2015年9月14日那個引力波信號到來的時刻,根本沒人敢相信那是一個真實的信號,它簡單得近乎荒謬,與理論推斷得出的引力波沒有任何顯著不同。人類的理性與自然的神奇在那一刻達成了前所未有的默契,而其中經歷的是整整100年的科學探索。LIGO的創始人雷納說:「最重要的是,我了卻了一樁心願」。2006年,我從麻省理工學院回到清華大學信息技術研究院工作,搞引力波研究多少顯得有些不務正業,引力波探測希望渺茫,我參與其中卻也樂此不疲,究其原因我也說不太清楚。

自然是什麼?人為什麼會來到這個世界?每個人都有一顆與生俱來的好奇心。找一個寂靜的下午,泡上一杯茶,放鬆一下你的身心,這是一本值得坐下來好好讀讀的書。

曹軍威2017年6月於清華園