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第7章 藍皮書與三巨頭

The Troika

學術批評的道德倫理標準可能大同小異。即使受到批判的是某個特定組織獨有的成果,情況亦如此。對於科學界而言,犯錯實際上就是犯罪。可驗證性是所有科研活動的根本準則。你宣佈在實驗中探測到了引力波,但是,全世界的許多科學家利用相同的設備做實驗卻一無所獲。這種虛報成果的行為不僅會讓你一無所獲,還會讓你名譽掃地。韋伯肯定相信自己對數據的統計分析是正確的,我也認為韋伯不會故意歪曲實驗結果,甚至大多數人都會同意我的觀點,然而,並非沒有人持相反的觀點。

在韋伯棒實驗失敗之後,瞭解情況的雷納·韋斯、基普·索恩和羅納德·德雷弗都有足夠的理由遠離這個泥潭,以免玷污自己在科學界一向潔身自好的形象。但是,這三個人都沒有退縮。他們各自獨立思考了這件事的前因後果,不謀而合地認為韋伯為他們指出了一條光明大道。羅納德在花了一些時間考慮地理方面的因素之後,決定開始研究激光干涉儀。雷納在不經意間知道了激光干涉儀之後,就立刻被它吸引了。基普在踏上激光干涉儀研究的征程之前,先是有條不紊地收集實驗人員的建議。

基普在他的著作《黑洞與時空彎曲》(Black Holes and Time Warps )中引用了愛因斯坦的一段話:「在黑暗中默默探索的歲月裡,真理似乎唾手可得但又無以言表的感覺,讓我們萌生強烈的探求渴望,讓我們忍受自信與疑慮的交替折磨,直至最後我們撥雲見日,一切豁然開朗。但是,其中的酸甜苦辣沒有親身經歷過的人是無法體會的。」韋伯一夜之間聲名鵲起,隨後又名譽掃地,一喜一悲的大起大落,肯定也令這些真理探索者深感不安。因此,眾多實驗科學家放棄了這個領域。就整個科學界而言,人們肯定不願意掏出真金白銀,投資研發那些吃力不討好的新技術設備。風險規避意識已經深入人心。韋伯棒至少不需要大筆投資,但如果建造激光干涉儀,僅用地板膠墊和蘇格蘭汽修廠的備用蓄電池,顯然是不夠的。在眾多科學家的眼中,引力波的探測工作已經無疾而終了。

但是,基普、羅納德和雷納在「強烈探求渴望」的驅使之下,希望可以繼續這項艱苦的工作,探求「似乎唾手可得但又無以言表的真理」。他們辛勤耕耘、「在黑暗中默默探索的歲月」遠遠超出了他們的預期。他們不停地努力,以期實現「撥雲見日,一切豁然開朗」的重大突破。雖然韋伯的經歷可能會讓他們名聲受累,給他們帶來種種阻礙,但他們認為這不過是科研活動的一個不可避免的部分。他們已經全身心投入其中,其他團隊的競爭只會驅使他們更加努力,通向巔峰的那條路是他們眼中看到的唯一前進方向。

在羅納德·德雷弗和斯坦利·惠特科姆在加州理工學院建造那台40米原型機的同時,雷納也確定了自己的研究方向。此時,他已經完成了大量的理論研究工作,而且得到了基普的大力支持。儘管加州理工學院團隊與麻省理工學院團隊之間保持著暢通無阻的交流與溝通,但是雷納與羅納德的原型機大不相同,某些基礎性技術的思路也截然不同。至少在羅納德的眼中,他和雷納在某種程度上存在著競爭。剛開始時,雷納給羅納德留下了深刻的印象。羅納德說:「從一開始,他就安裝了大量的部件,包括真空管、激光器等。所有主要部件,很早就已經準備好了。但是,讓我感到奇怪的是……多少年過去了,他似乎再無進展。」遺憾的是,他說這番話時的腔調以及抑揚頓挫的蘇格蘭口音,都無法在這裡表現出來。

雷納手上的資金不足,得到的支持也不多。他回憶說:「當時,我竭力向系裡解釋我為什麼要探測引力波。我告訴他們,我的動機之一是尋找黑洞。可是,他們說黑洞根本不存在,讓我不要再提這件事。這一幕至今還清晰地留在我的記憶中。

「麻省理工學院沒有成為LIGO項目的啟動地點,這是一個非常重要的原因。麻省理工學院的一些教授是我的朋友,雖然他們沒有旗幟鮮明地反對我的這個項目,但是一些有影響力的人堅持認為,所有可以證明黑洞存在的證據,在黑洞不存在的情況下也可以得到合理解釋。這種觀點徹底破壞了那裡的引力波研究氛圍,麻省理工學院再也不是現代萬有引力研究的有利環境了。」

雷納的第一批以引力波作為畢業論文題目的學生遭到了論文答辯委員會的刁難。這些學生建造的1.5米原型機的靈敏度不高,絕不可能捕捉到真的從太空中傳來的聲音。即使太陽爆炸,這些機器也不會有反應。論文答辯委員會的一位成員挖苦他們說:」我們直接看看窗外,效果也比這些機器好。」直到現在,雷納仍然對此耿耿於懷,總會咬牙切齒地說一句「真沒眼光」。在這些原型機的製造技術以及用於理解假設數據的前瞻性算法中,融入了這些學生的大量奇思妙想。一名學生想要探測正在發生爆炸的恆星,還有一名學生希望能觀測到黑洞碰撞的過程。的確,機器的靈敏程度與探測到這些聲源的真正要求之間相距甚遠,但是他們的努力已經為未來的研究工作繪製了一幅藍圖。雷納說:「孩子們深入思考的一個問題仍然是:要在物理學上取得傑出成就,路到底在何方?」雷納和他的學生們沒有取得可以公開發佈的科研成果,在天體物理學領域,他們還沒有任何發言權。

雷納一直認為,要確保激光干涉儀發揮探測作用,它的體積就不能太小。他非常清楚那些以噪聲形式表現出來的物理限制。學生們紛紛想出各種辦法,盡量降低背景噪聲,為真實信號抗衡背景噪聲創造條件。但是,與他們所期待的來自太空的聲音相比,噪聲的強度仍然要高出成千上萬倍,甚至幾百萬倍。每次檢查探測器的可靠性,它的投影比例尺就會隨之增加。雷納知道,他再也不會建造新的原型機了,因為他希望從事的是科學研究。他努力壓抑自己的本能,卻被迫走上了一條不願意走的道路。根據親身體驗,他知道大型項目往往意味著徒勞無功的努力、無窮無盡的麻煩,以及讓人抓狂的管理難題。但是,科學研究卻要求他完成一個大項目。他需要建造的不是1.5米原型機,也不是3米原型機,甚至不是40米原型機,而是一台巨大的機器。他唯一的可行性選擇是建造一台千米級的機器。雷納說道:「我不喜歡大科學。但是,要做這個實驗的話,就必須大興土木。這是繼續這個項目的唯一方法,是科研活動提出的要求。如果你說你可以用一台小型機器來完成這個項目,那你一定在吹牛。」

到1979年年底,雷納已經和他的原型機共度大概10年的光陰了。10年來,這台機器已經被他用到了極致。他決定前往華盛頓,說服美國國家科學基金會萬有引力物理學項目的負責人裡奇·艾薩克森。很多人認為,引力波項目之所以能夠維持下去,應該全部歸功於艾薩克森一個人。基金會已經撥付了幾筆數額不太龐大的資金,用於支持探測器的更新換代。加州理工學院的羅納德得到了一些資金,麻省理工學院的雷納也獲得了一些,不過金額不及羅納德。擴大規模的工作令雷納畏懼不已。在他的那間小實驗室裡,所有的東西都可以通過手工方式製作出來,而規模擴張需要耗費大量的財力和時間。但是,引力波探測器實驗需要在一個遙遠的地方辟出一大片地,還需要建造一台複雜得多的機器。無論從哪個方面看,規模都不會很小。因此,雷納必須與美國國家科學基金會共同探討這項工作。

項目負責人裡奇·艾薩克森「為人誠實,簡直就是我們的救世主。裡奇·艾薩克森為什麼會拯救我們呢?因為他本人研究的也是這個領域。」艾薩克森通過規範可信的計算,證明了時空振蕩的能量會以引力波的形式向外傳播,而且他是第一批完成證明的人。艾薩克森在科研上投入了大量的精力和財力。作為美國國家科學基金會的項目負責人,他希望基金會能接受這個有價值但也有風險的項目,因為其他機構和組織都不會在這個領域宣示主權。萬有引力這門學科不屬於美國能源部、國防部,甚至NASA的管轄範圍。艾薩克森認為,這是美國國家科學基金會獨立描繪美好藍圖的有利時機。引力波天文學記錄的是望遠鏡中看不到的宇宙,這是天文學的一個前景光明的全新分支。引力波的探測有風險,富有爭議性,從技術上來講是一個幾乎無法完成的任務,但它能為我們開闢一條非同尋常的道路,為更有價值的研究奠定基礎。

艾薩克森和雷納經常去距離雷納家不遠的瓦爾登湖邊散步。一個是手握大筆科研經費的項目負責人,一個是需要資金支持的項目負責人,兩人一起款步而行,友好地探討問題,偶爾也會意見不合。這一幕彷彿在告訴人們,不僅知識難以掌握,生活同樣充滿變數。不過,這一次是雷納前往華盛頓,與艾薩克森會合。我不確定他們有沒有選擇慣常的相處方式,在美國國家科學基金會總部大樓附近的某個地方散步,抑或是坐在桌邊正式地交談。但是,我可以想像,他們可能會在華盛頓特區找到一個類似瓦爾登湖的地方,作為交談的場所。這兩個人喜歡在空曠的場所散步,似乎是因為他們知道特工更容易監視敵方間諜的室內活動。雷納介紹了他製造原型機的整個過程,以及他遭遇的一些內在限制條件和科研界的抵制態度。儘管艾薩克森對於這項研究的科研潛力非常感興趣,但他面對的阻礙也非常大。項目的成本尚無法確定,但是根據粗略的估算,所需資金與天文學領域的全部科研預算相差無幾,僅這一項就已經讓他「目瞪口呆」了。此外,一位科學家犯下的錯誤導致這個領域裡其他科學家的觀點發生了變化。對於韋伯留下來的爛攤子,美國國家科學基金會必然不願意接手。

雷納解釋道:「我在馬裡蘭大學的時候,經常去韋伯的實驗室。我們只是一般朋友的關係。但是,我認為約瑟夫·韋伯值得讚揚,時至今日,我仍然會肯定地告訴他的妻子:韋伯開闢了一個新的領域,他配得上這份榮譽。他富有想像力,但他不是一名優秀的實驗人員。毫無疑問,後來者都因為他的錯誤吃盡了苦頭。

「對這些後來者而言,韋伯犯下的錯誤的確是非常嚴重的麻煩,不是嗎?」(不過,艾薩克森也表明,由於人們不斷舊事重提,因此韋伯的這段往事的負面影響被誇大了。事實上,在當年他們形成決策的過程中,這件事的制約作用並沒有那麼大。)雷納對艾薩克森說,「現在,如果它還得不到改進,不能用於真正的科研活動,我就真的堅持不下去了。」

雷納提出,他將與行業夥伴合作開展全面研究,以確定是否可以建造出一台科學、可靠的探測器,並且算出需要投入的成本。這已經不再是科學研究,而是一項行業性研究了。如果研究可以得出令人信服的結果,全尺寸探測器也可以變成現實,艾薩克森就可以把它作為一個新的大型科研項目給予資金支持。如果前景光明,雷納只需振臂一呼,就會應者雲集,因為引力波探測的前景仍然令全世界的科學家激動不已。雷納說:「我向艾薩克森保證,我會讓那些科學家聚集到我的周圍的。」

即使研究結果不那麼理想,他們也不會放棄,至少雷納會堅持下去。我能想像他們在達成一致意見之後熱情握手的情景。

雷納和他的麻省理工團隊為這項被稱為「藍皮書」的研究投入了三年時光,就在他們準備將研究結果提交給美國國家科學基金會的時候,雷納在意大利的一場關於廣義相對論的會議上遇到了基普和羅納德。雷納回憶說:「那次開會,我是帶著我兒子一起去的,那也是我第一次帶我兒子參加這類活動。那時候,他十三四歲。我記得參加會議的有德國團隊、蘇格蘭團隊、羅納德團隊,還有基普。我和他們聚在一起,詢問他們是否願意在這項研究接近尾聲的時候加入進來。

「就這樣,我的兒子本傑明在我的介紹下認識了基普和羅納德。我把『藍皮書』計劃告訴了他們。在那之前,基普一直在勸我:『哎呀,為什麼要把這些東西搞得盡人皆知呢?那些沒事就泡酒吧的人是不會感興趣的,真正感興趣的是我們這些人。』他希望只由加州理工學院和麻省理工學院合作開展這項研究,而不希望其他大學插手。在這個問題上,我的立場不是很堅定,於是我接受了他的建議。我非常尊重基普,也許這就是我贊同他的部分原因。直到現在,我對基普仍然充滿了敬重。他提出建議,我覺得理應如此,大概就是這麼一回事吧。在一定程度上,這可能與我和基普的私交有關。

「我以前根本不認識羅納德·德雷弗,也不知道他是多麼難以捉摸。直到那天晚上在賓館相遇,我才意識到我面對的絕對是一個瘋狂的傢伙。我不停地向他解釋這個計劃,告訴他我們應該合作。但他卻一口回絕了:『我來加州理工學院的目的不是與你合作,而是搞自己的研究。我為什麼非得和你合作呢?』你看,這就是他的回答。這樣的對話持續了幾乎一整個晚上。坐在旁邊的我的兒子聽到這些,幾乎無法相信自己的耳朵。基普不停地打斷,試圖讓氣氛緩和下來。後來,我兒子問我:『你想幹什麼啊?這個傢伙既然不想和你合作,你為什麼要抓著他不放呢?』我回答說:『這件事,他一個人做不了,我一個人也不行。這個項目太大了,我們必須合作。』

「這個問題直到最後也沒有真正得到解決。不過,基普說服了我,他建議由加州理工學院和麻省理工學院共同提交一份報告。」(為了尊重事實,基普補充道:「從嚴格意義上講,『藍皮書』是由麻省理工學院完成的,但是加州理工學院的斯坦利·惠特科姆也做出了少許貢獻。」)

雷納接著說道:「我們終於做了一次現場報告,我記得那是在1983年的10月。」

他告訴我:「我們在報告中介紹的那個想法可能要耗資7 000萬美元,這是行業研究得出的數據。這麼大一筆錢,真是嚇死我了……我們有兩個場地,但除此以外幾乎一無所有。在這種情況下,基普用盡渾身解數,終於把羅納德·德雷弗拉了進來。羅納德不想跟別人合作,他希望獨立做科研,所有的事都由他自己完成。但是,基普告訴他,光憑他一個人是無法完成這個項目的,儘管基普也不太清楚『大科學』應該怎麼搞。

「從此以後,麻煩就接踵而至。我和基普在這個問題上的觀點是不一致的。我認為羅納德加入之後,整個情況都會發生改變。我知道僅憑一個機構的力量是無法完成這個項目的,我必須讓基普相信,情況確實如此……然而當時,基普的態度就像被迫接受了一場婚姻。我知道,這樣的『婚配』是不可避免的,任何相反的想法都是荒謬、行不通的。最後,美國國家科學基金會也接受了這樣的安排,他們已經等了很長時間了。

「很多人都有一個得諾貝爾獎的夢想,說真心話,這是這個領域的一大問題。是的,我認為這是一個不容忽視的問題。在我看來,羅納德·德雷弗難以相處,這就是原因之一。在華盛頓的時候,我跟他說過一次,但是他拒不承認。此外,美國國家科學基金會也經常宣揚,諾貝爾獎是我們應該追求的目標之一。如果我們真的能拿到諾貝爾獎,我們就將開闢一個全新的領域,美國國家科學基金會也可與諾貝爾物理學獎掛上鉤。對一個機構來說,這非常重要,我們就是處於這樣的背景中。

「我們剛剛說到哪裡了?對,我們達成了一個初步的約定,勉強把加州理工學院和麻省理工學院拉到了一起。其實這算不上加州理工學院和麻省理工學院之間的合作,而是我與羅納德之間的合作。

「接下來,加州理工學院的人很快就會發現,麻省理工學院的研究進展非常緩慢。我的意思是,加州理工學院的動作非常快,而麻省理工學院卻快不起來。

「接下來的情況是,麻省理工學院消極怠工,而加州理工學院迅速接手了這個項目。這讓我感到非常惱火,你也許能理解我的心情。我對那些人的怒火一直沒有平息。我指的不是加州理工學院的那些人,他們拯救了這個項目。讓我怒火中燒的是麻省理工學院的那些人。」

(後來,雷納又補充道:「我說的都是那時候的事,而不是現在。」麻省理工學院作為一個集體,在20世紀90年代中葉經歷了管理層的更迭。之後,所有人的心態都發生了變化。「從那以後,麻省理工學院對這個項目的支持力度非常大。這一點十分重要。」)

羅納德前往加州理工學院時,並沒有考慮加州理工學院與麻省理工學院開展大規模合作這個背景因素。他認為,單憑他自己心靈手巧的優勢,就可以建造出一台足以滿足科研要求的小型激光干涉儀。雷納的觀點與羅納德相悖,雷納認為這不現實。但是,羅納德不會輕言失敗。基普對羅納德的看法與雷納一樣:「他根本不屬於我們這個世界。」他們的合作,將使這個項目不再是遙不可及的夢想。基普希望可以說服羅納德,但是雷納告訴他:「這個項目是一個金娃娃,已經被羅納德抱在懷裡了。」

說到雷納,羅納德忍不住抱怨道:「我覺得他試圖強行插手我們正在開展的項目,而且他非常好勝……儘管我們之間的關係比較友好,但也會產生各種各樣的矛盾。」他接著說道:「我說過,在這方面,雷納·韋斯很早之前就有想法了。不過,他的實驗規模一直非常小,進展緩慢,未來也不會太快。我覺得,我在加州理工學院從事這項工作的時候,我們製造的機器比雷納·韋斯的原型機先進得多,在所有方面都更加優秀。雷納取得的成果非常有限。從本質上看,他的激光干涉儀非常小,效果也不好。我認為,原因不在於機器的尺寸太小,而是設計不太合理。」(顯然,雷納並不同意羅納德的這些觀點。)

羅納德聽說「藍皮書」計劃之後,他震驚不已,也深感不安。他認為,在這些小問題得到解決之前,他們不應急於求成,投入數額驚人的資金,啟動大規模項目。此外,他肯定還認為不應該由雷納負責這個項目。羅納德希望先建造中等規模的機器,然後按部就班地擴大規模,因此,雷納希望建造巨型探測器的「野心」令羅納德非常生氣。但是,基普堅定地認為,如果僅為了滿足研究需要而建造一系列中型探測器,而且每一台的靈敏程度都不能滿足探測引力波的需要,那麼他們絕不可能取得成功。因此,他認為直接建造大型激光干涉儀是有必要的。關於這個過程,人們眾說紛紜、莫衷一是。一個比較權威的說法是:美國國家科學基金會直截了當地告訴羅納德·德雷弗,要麼開展合作,要麼停止研究。後來,羅納德與雷納一樣,多次跑到美國國家科學基金會遊說,但是基金會沒有改變主意。再次擴大機器的規模時,就必須保證它可以用於探測工作。只有合作才能為這樣的大型項目提供資金,為它取得成功創造條件。因此,合作勢在必行。

羅納德非常惱火,對雷納更加不滿:「只要是我提出的想法,他幾乎都會反對。他半路加入項目,卻想換一個新的方式……此外,在我們開會時,雷納總是提出各種各樣稀奇古怪的計劃,還制定了執行這些計劃的時間表。這讓我非常生氣,我覺得他一心想掌控全局。但是,那些有效的技術都是我們研發的。因此,我不喜歡他這種做法。」接著,羅納德又補充了一句,「那些想法和創意都是我提出來的。」

但是,雷納在技術上對自己充滿信心,因為那些技術都源於德國團隊堪稱典範的成果。德國人建造了世界上最好的探測器原型機,而且對它們瞭如指掌,實現了雷納在1972年的季度進展報告中提出的模糊不清的預期目標。總之,雷納認為德國人為他的「藍皮書」計劃提供了充足的理由。基普、雷納與羅納德在意大利廣義相對論會議上發生不快時,麻省理工學院萬有引力研究團隊已經在雷納的領導下,完成了這項行業研究。工程技術公司測試了組件,而且基本上完成了零部件的定價工作。對探測器的驗查涉及所有方面,行業合作夥伴詳細地詢問了管道、構造、激光器及聲源等的情況。經過3年時間,雷納與麻省理工學院的同事彼得·索爾森、保羅·林賽一起,在419頁的「藍皮書」中對研究結果進行了綜述,並做出了技術說明。1983年10月,這份關於「長基線激光干涉儀的研究報告」被提交給美國國家科學基金會。其中的預算還不到1億美元,用於建造兩台僅包含基礎結構的千米級探測器。建造這兩台機器時,這個預算方案是行不通的,因為實際成本要比預算高出幾億美元。不過,人們終於可以坐到一起討論這個問題了。

「藍皮書」的摘要部分指出,「人們也許期望這次研究可以得出肯定的結論,但是情況有可能出乎人們的意料。比如,基本概念可能有瑕疵,技術準備可能不充分,成本可能高到不可思議的程度。研究表明,人們擔心的這些問題可能都不會發生。」

「藍皮書」對於項目是否可以得到資金支持沒有做出任何保證,這份行業研究報告本身也不具備申請報告的效用。但是,「藍皮書」有力地證明了實驗目標是可以實現的。

提交「藍皮書」之後,雷納、羅納德和基普開始起草研發計劃,直到幾個月後他們才達成一致意見。隨後,他們為美國國家科學基金會做了幾場頗有說服力的現場報告。基普介紹了天體物理學的發展前景,希望可以激起美國國家科學基金會的興趣;羅納德化身為講故事的高手,操著一口動聽的蘇格蘭英語,為他們描繪了創造性的動人夢想;雷納則用行業研究報告的具體結論為基普和羅納德的想法進行了一個完美的詮釋。就這樣,他們成功地表達了他們的核心思想:他們可以完成這個項目,並建造出能記錄來自太空中的聲音的機器。

不久之後,這個項目被命名為「LIGO」。人們對這個名字的評價毀譽參半,而且無論是讚揚還是貶斥,人們針對的目標都是雷納。基普想把它命名為「束流檢測儀」,但是雷納認為這個名字的科幻色彩太濃。後來,他在餐桌旁想出了一個新方案:用「Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory」(激光干涉引力波天文台)的首字母組合來命名。後來,「LIGO」中的「O」(天文台)給他們造成了巨大的痛苦,幾乎讓他們徹底崩潰。不過,這種痛苦直到幾年後他們面對國會質詢時才降臨到他們身上。

雷納放棄了那台1.5米原型機,又建造了一台5米原型機,以開發可以實際使用的零部件。這台原型機被放置在「夾板宮殿」的F翼,一直運行到「夾板宮殿」被拆除的那個星期。雷納向我展示他從布魯克林派拉蒙電影院淘回來的古董級奧特藍星揚聲器時,在那棟宛若蜂巢的辦公大樓的隔壁,就有一台探測器。現在,探測器的構造已經非常龐大了。科學家們圍著探測器,拆除老舊落後的零部件,代之以高新的零部件。

他們的合作沒有任何正式的形式,但是雷納說:「我們給外界的感覺是,我們三個人——基普、羅納德和我——構成了一個團隊。我們(最終)成了怪異的三巨頭組合。」

基普告訴我:「這個過程其實複雜得多。」如果要更詳細地介紹三巨頭組合的形成過程,還需要追蹤隨後幾年發生的事。1983年秋,這三個人承受的壓力達到了頂點。基普評論道:「麻省理工學院與加州理工學院的合作是一個異常複雜、歷盡艱辛的過程。」

在他們意義重大的合作歷經發起、結盟與權力更迭的過程中,最重要的環節終於登場了!