引力波发现的幕后故事:Janna Levin 访谈

这位天体物理学家兼作家谈论了她的新书《黑洞蓝调及来自外太空的其他歌曲》

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点


五年前,Janna Levin 决定写一本关于黑洞、引力波和宇宙声音的书。在某个时候,她搁置了那本书,转而写了另一本书——关于激光干涉引力波天文台(现在以其首字母缩写词 LIGO 而闻名)的引人入胜的、内幕故事。那本书,《黑洞蓝调及来自外太空的其他歌曲》,在 LIGO 科学家宣布他们观测到两个黑洞合并,证实了引力波的存在后一个半月,于周二出版。几周前,Levin 和我坐下来谈论了这本书。以下是我们对话的编辑后的文字记录。

Janna Levin
图片来源:Sonja Georgevich

Seth Fletcher:这本与你最初计划写的书不同。它是如何演变的?


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Janna Levin:我 2011 年在 TED 演讲中讲过这个,我有一个非常厉害的文学经纪人 John Brockman。当我从 TED 舞台上下来,在 TED 上谈论引力波时,有人走近我说,我听说你要写一本关于这个的书,我笑了。我想,天哪,Brockman 在这里吗?果不其然,Brockman 就在那里。他已经在尝试卖这本书了。我想,你知道吗?我可以闭着眼睛写这本书。我已经研究黑洞和引力波多年了。我完全错了。

我最终在加州理工学院(LIGO 总部所在地)休了学术假,我完全沉浸在 LIGO 的故事中。它比我熟悉的东西有趣得多。最终,我经历了与我最初认为要写的书分离的痛苦时刻。一旦我最终下定决心,事情就发生了。

这本书真是一个攀登珠穆朗玛峰的故事。它真正讲述的是这场征程。它讲述的是跌倒和摔断脚踝,以及人们死在路边,以及 50 年的登顶。

SF:LIGO 能够持续获得资助,这似乎是一个奇迹。

Janna Levin:在前进的道路上,有很多时刻都充满了危险。但在所有这些危险时刻,他们都幸存了下来,因为人们在需要的关键时刻挺身而出,发挥了自己的作用。

SF:你认为 LIGO 最黑暗的时刻是什么?

Janna Levin:有很多黑暗时刻。[早期],当真的无法保证它会发展成为如此庞大的合作和如此庞大的机器时,有很多人在辛勤工作。真的是 Rai [麻省理工学院的 Rainer Weiss] 站出来说,“这种情况不能再继续下去了。原型永远不会成功。我们需要建造一台庞大的机器,这需要成为一项大型科学事业。我不喜欢这样。我不想这样做。但事实就是如此。”

那时,与 Kip Thorne 和 Rai Weiss 以及 Ron Drever 发生了合并。那是一个非常困难的时刻,因为他们必须摆脱“我是自己命运和自己项目的主人,一切都靠我和我的实验室”的感觉。他们必须结成联盟。我认为那是一个非常不稳定的时刻。他们一直在磕磕绊绊地前进,但他们无法做出决定,因为决策者之间存在太多冲突,而且没有等级结构。因此,下一个不稳定的时刻是 NSF [国家科学基金会] 说,“听着,要么有一个主任,要么就到此为止。你们找一个主任来领导这个项目,否则我们就结束了。”

那时,Robbie Vogt 加入并成为 LIGO 的第一任主任。正如 Rai 所说,Robbie 做了很多好事。他也会承认这一点。但正如其他人所说,没有人比他更擅长创造性地解决问题,也没有人比他更擅长创造问题。

Robbie 做了很多了不起的事情。首先,他写出了这份精彩的提案。他召集了众人,并与国会斗争了两年,才真正获得了这笔资金的拨款。他真的做了很多了不起的事情。他拯救了 LIGO。

但在 Vogt 的领导之后,发生了可怕的冲突,最终他被解雇了。那是一个不稳定的时刻。随着 Vogt 的辞职或解雇,这个项目绝对有可能像超导超级对撞机一样夭折。但随后 Barry Barish 加入了。正如 Kip 所说,Barry 是世界上最熟练的大型项目领导者,他加入并拯救了 LIGO。

SF:LIGO 最早的工作是什么时候开始的?整个传奇故事有多长?

Janna Levin:Rai 在 1960 年代就考虑过这个问题。那时这只是一个梦想。在 70 年代初期,他在被称为“胶合板宫殿”的东西里建造了他的第一个小型原型,这是一个为了战争努力而匆忙搭建在麻省理工学院的破旧建筑。但我要说,真正的跨度是从 1960 年代到 2015 年。所以是 50 年。五十年!

如果我们再往前追溯,我们必须感谢 Joe Weber 开启了这个领域。从很多方面来说,这是一个可怕的故事,但他真的让所有人都关注到这个想法可能会成为现实。我希望 Joe 现在能得到他应得的赞誉,因为已经有了发现。

SF:那个人的故事可以写成一部小说。

Janna Levin:哦,完全可以。我认识有人想写关于 Weber 的歌剧。

SF:让我们花一点时间谈谈他。我不记得我第一次听到 Joe Weber 的故事是什么时候,他错误地声称探测到引力波,结果毁了他的职业生涯,但在当时,我记得我想,哦,这是一个不入流的科学家。但这甚至与事实相去甚远。读了你的书,很明显他是一个严肃的人,只是犯了一个严重的错误。正如你在书中写的那样,科学家犯错基本上是犯罪。

Janna Levin:是的,我不记得确切的台词了,但基本上,科学家犯错就是犯罪。这肯定会被妖魔化。你不能犯错。Weber 错了,就是这样。这个领域蒙上了一层阴影。在那之后,没有人想再靠近它。

但 Joe 是最早完全构思出脉泽(激光的前身)的人之一,如果有些事情有所不同,他本可以分享诺贝尔奖。他实际上发明了可以在实验室中[探测引力波]的想法。共振棒探测器的想法非常巧妙。Joe 的想法基本上是,取下音叉上的一个齿,当引力波通过时,它就会振响。这非常巧妙,但引力波恰好太弱了。

但他迫使人们思考这个问题。他促使 Freeman Dyson 和 Roger Penrose 以及 Stephen Hawking 思考,是否真的有什么东西会足够响亮,让我们能够探测到它?

SF:在 LIGO 宣布之前,当谣言四起时,人们将它与 BICEP2 进行了很多比较。

Janna Levin:我认为 BICEP2 非常不同。当 BICEP2 宣布其结果时,他们一直知道他们探测到的东西有可能像尘埃一样。这完全不同。

要让 [LIGO 的结果] 不是它看起来那样,你必须达到荒谬的程度。他们怀疑是否有黑客故意伪造了数据,他们进行了一次全面的调查。他们审问了一些最高级别的人员,以确保没有人伪造注入信号。

BICEP 完全不同。他们做了一个非常好的实验。他们实际上探测到了一些东西。只是他们探测到的恰好是尘埃。这令人失望,但他们所做的一切都非常正常。

Weber 的问题在于,没有其他人获得任何类型的探测结果。天空一片寂静。为了响应 Weber,到处都是探测器。Weber 最初变得非常有名,我认为重要的是要知道这一点。人们对他的结果感到非常兴奋,他们开始在世界各地建造棒。但没有一个其他小组声称探测到任何东西。

现在,也许他确实探测到了一些东西,也许只是不是引力波。也许他遇到了地震问题。也许他遇到了仪器问题。我不认为他曾有意误导任何人,但事情就是这样发生的,这对他来说肯定是不幸的转折。在接下来的 25 年里,他像一个在刑事审讯中的人一样,努力为自己辩护。到最后,他非常困顿,人们也很残酷。我认为这种情况正在转变。我认为现在这个领域将对他和他的遗产更加慷慨。

SF:如果我们相信 Weber 的说法,并假设他探测到了某些东西,那么那某些东西可能是什么?

Janna Levin:嗯,1987a 超新星,它在 1987 年被肉眼看到,可能会使我们星系中的棒探测器振响。他的棒一直在运行,所以这可能是一个他可能探测到的真实信号。但他声称他的棒一直在不停地振响,而且它来自星系中心,这根本站不住脚。如果星系以引力波的形式释放出如此多的能量,它就必须消耗相当于太阳的能量才能做到这一点,整个星系基本上会瓦解。因此,有很多理论原因让人对此感到怀疑。

可能他探测到的是你在 LIGO 数据中看到的那些故障,并且在统计学上,他以无意识的方式偏向于它们。我的意思是,它们有可能是在振响,只是不是因为真实的东西。

SF:回到 LIGO 的发现,首先是引力波是真实存在的简单确认,然后是使用引力波作为观测宇宙的新方法的可能性。我们是否会达到可以随时记录黑洞形成和合并的程度?我们是否会有一个关于它们的目录?

Janna Levin:是的,我认为情况会是这样。它最终将成为一种普通的、无需报道的天文学形式。我们将会说,“哦,我的天哪,我们从未见过如此巨大的黑洞。它们为什么这么大?什么样的恒星形成模型允许一个在爆炸后,吹走了它整个大气层,坍缩成一颗死星之后,仍然是太阳质量的 30 倍?它最初到底有多大?这与我们的理论不符。”实际上,我们已经看到了这一点。[在 LIGO 首次宣布的探测中],有两个这样的黑洞,它们的质量都是太阳质量的 30 倍。

所以我们很快就要开始进行老式天文学了。是的,还有其他的探测结果。在数据中,它们只是很低,这意味着它们不够响亮,无法让 LIGO 大肆宣扬。但它们似乎具有足够的显著性,以至于 LIGO 表示还有其他的黑洞探测结果。这真的很有趣,因为它开始告诉我们那里有多少对黑洞。也许我们严重低估了,因为你看不到黑洞。

SF:那么,引力波天文台可以回答哪些大问题?

Janna Levin:我们将开始了解我们自己星系和其他星系中黑洞的种群。我们将开始了解,它们是否经常合并,这是否就是为什么有些黑洞的质量是太阳的数百万倍?是因为它们一直在合并,吸收气体、尘埃和恒星,但也与其他黑洞合并?

如果这个天文台只做到这些,就足以证明它的存在是合理的。但真正令人兴奋的是 Kip 在早期就梦想的那种东西。如果那里有什么我们从未想过的东西呢?我的意思是,伽利略第一次制造望远镜时,并没有想到类星体。也许那里存在着一些没有发光对应物的东西,我们将发现潜伏在外面的整个黑暗世界,而唯一的证据是时空的振铃。我认为这是我们很多人都在偷偷希望的。

SF:为了写这本书,人们向你展示了电子邮件、信件——真正充满激情的、愤怒的信件。很多戏剧性的情节。相关人员看过这本书了吗?

Janna Levin:我大约在 LIGO 完成安装的时候完成了这本书。在发现的那天——在不知道发现的情况下——我打印了这本书,并把它寄给了 Kip Thorne 和 Rai Weiss。他们是这本书的前两位读者,当然,我的编辑除外。

我非常担心这样做。但我与他们进行了精彩的交流。他们非常慷慨。我去了麻省理工学院与 Rai 会面,我们一起核对了所有内容,并确保所有日期都正确。甚至对于他不喜欢的东西,他也说,“我不喜欢它出现在你的书中,但这是真的。”我对他的这种态度非常尊敬。他们从没说过任何类似“删掉那个”的话。这非常符合科学家的 disposition。Kip 给了我 25 页令人难以置信的打印笔记,内容是关于历史的——关于 John Wheeler 和他自己,文件和日期以及与 Tony Tyson 的交流。真是令人难以置信的东西。

而且,他们也忍不住不再告诉我了,这就是为什么他们最终告诉我发现了这个发现。

SF:你是什么时候知道的?

Janna Levin:我在十二月知道的,那时他们已经充分审查了信号,他们认为这是确凿的。当它确凿无疑时,我收到了一封由项目负责人、主任 David Reitze 以及 Kip 和 Rai 签名的电子邮件。那真是一个重要的时刻。它被标记为“关于 LIGO 的机密通信”。我看到“机密”这个词,我的心脏开始怦怦直跳。我真的跳了起来。我想,如果我读完这个,就会有一个之前和一个之后,我就在风口浪尖上。

读完之后,我想,我不想告诉任何人。这是一种绝对令人难以承受的感觉,试图发自内心地相信,我们写在纸上并在数学中看到的所有东西,实际上都可能使探测器振响。我好几天都没跟任何人说这件事。

SF:你告诉你的家人了吗?

Janna Levin:没有。

SF:你告诉你的编辑了吗?

Janna Levin:没有。嗯哼。

SF:那么你的出版商是什么时候知道的?

Janna Levin:我的编辑知道会有人与我分享一些事情,因为谣言满天飞。但我明确地告诉我的编辑,我不会告诉你那是什么。他说,好吧,没关系。所以我们达成了一个协议,我会马上写一个尾声。无论他们告诉我什么,如果他们告诉我一切都失败了,或者是一个假信号,或者他们什么也没看到,我都会写尾声,但他在最后一刻才会拿到尾声。

SF:那么你是在官方宣布之前还是之后交付了尾声?

Janna Levin:我在论文被接受发表后交付了尾声,这是我与 [LIGO 发言人] Gaby Gonzalez 达成的协议。所以那是在官方宣布前几天。可能只有出版社的两个人看到了它。

SF:保密性真强。

Janna Levin:他们处理过关于国家机密之类的受禁运书籍,所以他们非常值得信赖。我主要是因为 Gaby 要求我不要说而没告诉他们。

SF:撰写关于像这样的大型科学项目,你显然只能包含一小部分参与者。你想谈谈你是如何决定处理这个问题的吗?

Janna Levin:可能有一打,也许 20 人是高层,他们在这个项目中发挥了重要作用,但他们没有被提及。他们绝对是必不可少的,他们的个人贡献是巨大的,但我只是无法写他们。这本书会变得难以理解。

Rai 和我对此谈论了很多,Rai 和我都对此感到难过。我们曾经讨论过列出主要贡献者的名单,特别是对原始设计做出贡献的人,以及他们所做的事情。但我们很快就遇到了很多政治麻烦,因为你从哪里划定界限?我们决定发布发现论文上的官方作者名单。我们认为这并不完美,但这是一种承认团队的方式。

Seth Fletcher《大众科学》的首席专题编辑。他的书《爱因斯坦的阴影》(Ecco,2018 年),关于事件视界望远镜和拍摄黑洞第一张照片的探索,被节选刊登在《纽约时报杂志》上,并被《纽约时报书评》评为编辑之选。他的书《瓶装闪电》(2011 年)是关于锂离子电池发明和 21 世纪电动汽车复兴的第一部权威著作。他的作品曾发表在《纽约时报杂志》《纽约时报》评论版、《大众科学》、《财富》、《男士杂志》、《户外》和其他出版物上。他曾在电视和广播节目中露面,包括 CBS 的《面对全国》、NPR 的《新鲜空气》、BBC 世界服务以及 NPR 的《早间版》《科学星期五》《市场》《外卖》。他拥有密苏里新闻学院的硕士学位和密苏里大学英语和哲学的学士学位。

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