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  • 發布時間:2018-04-16 11:44 原文鏈接: 捕捉引力波背后的故事:較真的加文和專斷的沃格特

    1974年在麻省理工學院舉行的一次學術會議上當面指責韋伯出示的引力波數據存在學術不端行為,以至于兩人差點動手打架的那位科學家是在國際商業機器(IBM)公司服務的加文(Richard Garwin)。加文是一個物理全才,也更是一位神話級的人物。他大學畢業后只用了兩年就獲得博士學位,導師是大名鼎鼎的費米(Enrico Fermi)。閱人無數的費米對加文的評價直截了當:他是自己一輩子遇見過的唯一的真天才。

    博士畢業后,加文每年夏天跟著費米到核武器實驗室游蕩,那時才23歲的他順手就幫泰勒(Edward Teller)設計了人類第一枚氫彈。從此他與美國政府、軍界結下不解之緣,參與過多個絕密項目,包括最早的間諜衛星和針對蘇聯攻擊的預警、防御體系。IBM對他尤其青睞,費盡心機將他招到旗下擔任科技總管,還在合同中寫明他作為公司雇員可以用三分之一時間為政府提供無償咨詢服務。加文因此得以自由地穿梭于政界、學界和商界之間,還多次擔任總統科學顧問。

    在IBM,加文隨心所欲地涉足了多個物理基礎研究領域,還順帶發明了一系列數據存儲硬盤、激光打印機、觸摸屏幕等實用設備,可惜公司管理層識人不識貨,沒能積極推廣這些高技術的應用。加文后來也頗為后悔自己當時沒有足夠的魄力跳出來創業,也許可以改寫近代計算機行業的歷史。

    韋伯宣布探測到引力波后,加文立即在IBM試圖重復,當然沒有成果。他沒有簡單地放棄,而是孜孜不倦地展開調查,終于發現了韋伯隱瞞他與合作者核對數據中發生的烏龍事件。他當眾與韋伯對質,其后更不依不饒、窮追猛打。這不僅對韋伯個人傷害很大,也給了當時的引力波熱潮最致命的一擊。

    Garwin_Levine_GWdetector_Fig.-47-1.jpg

    1972年的加文(左)與他的同事James Levine和他們在IBM自制的韋伯棒。

    年輕時的加文沒有去親眼觀看自己設計的氫彈成功試爆,后來他更走向推動裁減、消滅核武器的立場,一輩子都在做這方面的努力。1980年代,他正忙于帶領一個叫做“憂思科學家聯盟”(The Union of Concerned Scientists)的組織在抵制、阻止里根總統發起的、綽號為“星球大戰”的太空戰略防御計劃,反對太空武器化。

    當他無意中聽到引力波探測的項目居然又死灰復燃時不禁大吃一驚,立即找到國家科學基金會要求了解內情。他覺得探測引力波應該還只是一個很遙遠的夢想,如果政府準備花費納稅人的上億美元在這上面豪賭一把,那不能只是少數幾個人說了算,至少應該要有更多的科學家了解、參與這個決策。

    艾薩克森對加文的多管閑事正是求之不得。

    × × × × ×

    德瑞福全職在加州理工學院上班后并沒有改變他的行事方式,依然我行我素。更嚴重的是,他與韋斯在干涉儀的設計上有了原則性的分歧。

    德瑞福堅持干涉儀中激光束經過的那兩條長臂必須做成他已經研究很久的超大型法布里—佩羅諧振腔,這樣才能保證激光頻率的穩定和有足夠的光強測量干涉條紋。他在這個基礎上又發明了一個怪招:在探測儀前端增添一面鏡子,把探測時不需要的光再度反射回那個諧振腔,大大增加了光強。

    韋斯對這個奇妙的設計卻一直提不起興趣。諧振腔需要固定光源和反射鏡之間的距離,使其恒定是激光波長的整數倍才有效。這樣也就不能讓反射鏡隨引力波振動,與邁克爾遜測量兩個光路時間差異的原始設計相違。如果采取德瑞福這個設計,韋斯自己十來年依據邁克爾遜經典設計所積累的大批經驗便失去了價值。而韋斯的設計也有長處,可以大大降低對激光光源性能的要求。

    兩人各持己見,不相上下。作為這場被迫的婚姻的職業調解員,索恩顯然是非常地不稱職。他試圖在兩人之間斡旋,卻既沒有足夠的實驗知識服人,也沒有權威一錘定音,只好不了了之。憤怒的德瑞福經常嗆索恩,指出當初索恩到蘇格蘭請他時曾許諾是由他完全主事的,卻成了一個言而無信的騙局。索恩無言以對,只能苦笑。

    韋斯意識到他們已經完全無法共事,每次討論都有演變成吵架的危險。他選擇了退避三舍,帶著自己的隊伍躲在麻省理工學院把那個1.5米長的干涉儀擴展到5米,用它來研制一些大型干涉儀所需要的部件。

    轉眼間兩年過去了,三駕馬車所承載的引力波項目基本上毫無實質進展。基金會暫停了資助的延續,不得已的艾薩克森已經在認真考慮是否放棄、撤銷整個項目。加文的不請自到無異于雪中送炭。他立即請加文組織專家隊伍,作為第三方對項目進行全面、徹底的同行審議,以資決策。

    1986年秋天,加文邀請了物理學界一批大師級的人物,從諾貝爾獎獲得者到各方面專家以及負責過大科學項目的能人等,把他們關在麻省理工學院的一個會議中心整整一個星期,對引力波探測項目進行了全方位的審理。他布置了三大課題:第一,引力波是否存在?第二,引力波能不能被人類測到、激光干涉儀的設計是否可行、是否值得基金會的投資?第三,現有的團隊是否能勝任這一任務?

    第一個問題很簡單。在精確測量到雙中子星軌道衰減之后,已經沒有什么物理學家還在懷疑引力波的存在。加文自己對第二個問題抱著很強的懷疑態度,但他驚訝地看到專家們也一致地對用激光干涉儀探測到引力波充滿了信心,對基金會的計劃沒有異議。

    然而,專家們對現有團隊的評價也驚人的一致:不及格。他們看出韋斯、索恩和德瑞福完全沒有管理大項目的經驗和能力,還只是在以小作坊的方式各行其是。這樣下去不可能有成功的希望。他們建議基金會在完全注入資金之前,再給他們兩三年時間整頓、考察的機會。當務之急則是要設立一個專門的項目負責人,擔負起球隊教練、樂隊指揮的責任,將這些散漫的物理天才們整合成一支步調統一的隊伍。

    也就是說,要給三駕馬車找一個車夫。

    艾薩克森對這個結果非常滿意。專家評議的結論不僅提供了他繼續支持引力波項目的后盾,也同時遞給他下一步需要的尚方寶劍。他立刻又舉起了手里的槍,這次不是直接對準韋斯、索恩或德瑞福,而是負責項目管理的加州理工學院:如果你們不能很快地找到一個稱職的負責人重整這個項目,就不要再想得到資助。

    幾乎同時,加州理工學院主管學術的副校長沃格特(Rochus Vogt)被迫辭職了。

    × × × × ×

    沃格特的青少年時代是在納粹統治下的德國度過的。1945年德國投降時他才15歲,卻已經被征了兵,旋即成為反法西斯同盟國的戰俘。這個經歷讓他痛恨極權政府,也因之鄙視所有權威,渴望能自己獨來獨往。

    戰后,他回到被戰爭摧毀了的農莊,進入煉鋼廠打工。因為對機械的興趣,他考入當地的一所技術學院進修工程師課程。在學校里他卻發現更感興趣的是物理課和國際象棋。他花了一年的時間逃課去街上與人賭賽象棋,贏了不少錢來維持生計和學業。只是教授不樂意了,給他最后通牒:要么放棄象棋,要么放棄物理。他從那時起再沒有下過一盤棋,只是一直熱衷于收藏棋子和棋譜。

    集中精力研習物理后,他進入著名的海德堡大學并在畢業時獲得去美國留學的獎學金。那是美國參議員富布賴特(J. William Fulbright)在二戰之后主持設立的一個促進美國和其它國家交換學生、學者的項目。沃格特剛到美國就結識了一位項目中一起接受培訓的法國姑娘。這兩個來自戰爭仇敵國度的年輕人結婚時,引用了富布賴特闡述國際學術交流的一句話:“他們也許有可能發現不再需要兵戎相見而解決他們國家之間沖突的新途徑。”

    沃格特用獎學金到芝加哥大學研究天文物理,還參與了南極宇宙射線測量項目。1962年,他受聘來到加州理工學院,深深地愛上了這個校園,扎下了根。因為厭惡官僚手續的麻煩,他沒有立刻加入美國國籍,但已經全身心地成為美國人。

    在加州理工學院的噴氣推進實驗室,沃格特主持了美國航天局資助、目標是走出太陽系的“旅行者”(Voyager)飛船上測量宇宙射線的項目,也負責過大型毫米波段天文望遠鏡的建造。在這過程中,他逐漸完成了從科學家到科研管理的角色轉變,相繼在實驗室、系、院各層次擔任過主要領導職位。1984年,就在旅行者飛船開始向地球傳回大量激動人心的數據時,他忍痛離開了心愛的項目,專心擔任起加州理工學院副校長。

    蔑視自己頭頂權威的沃格特在這個過程中卻也越來越明顯地表現出自己獨斷專行的管理風格。雖然他在副校長位置上為學校做出了不俗的貢獻,他與校長谷德伯格卻一直合不來。兩個性格倔犟的物理學家圍繞政策方針人事等方面發生了一系列沖突。1987年2月,沃格特不得不在谷德伯格的壓力下辭職。

    失意的沃格特回到物理系,只在地下室廁所邊擁有一間小辦公室。他不愿意再回到旅行者項目中去搶過去同事的風頭,卻也一時半會兒找不到合適的科研方向。樓上的索恩注意到這位賦閑中的“大領導”,覺得他可能正是他們所需要的車夫。

    索恩并不了解沃格特,便去找人打探。一個為沃格特工作過的同事告訴他,沃格特主持的項目可以說不會有失敗的可能。只是誰跟著他干都會落得傷痕累累,不過也會很值得。索恩當時只聽到前半截話,那對他來說就足夠了。韋斯也得到了同樣的情報。有人警告他在沃格特手下走一趟,絕對會脫胎換骨,不再會是今天的自己。同樣地,韋斯沒有太放在心上,他關心的只是沃格特能帶領項目走向成功。

    德瑞福沒有在意具體的人選。他曾幾次自己飛到首都華盛頓與艾薩克森單獨談話,試圖說服他改變另找負責人的決定。艾薩克森冷靜但堅決地回絕了他。雖然已經在加州理工學院干了很多年,德瑞福一直覺得自己還是個外人。他沒有想到去打聽一下沃格特的性格特點,更沒有人警告過他會有被扒一層皮的危險。

    經過一番勸誘,沃格特在1988年夏天同意擔任引力波項目的主任,三駕馬車有了他們的車夫。他果然雷厲風行,上任伊始便拍板采納德瑞福的法布里—佩羅諧振腔設計方案,指令無論是加州理工學院還是麻省理工學院,都必須全心全意地為這個設計努力。同時,他制訂了目標明確的科研計劃,將實驗室日常工作納入了按部就班的正軌,不再允許科研人員被德瑞福一日一變的新主意支使得團團亂轉。沒多久,整個團隊的面貌便煥然一新。

    LIGO_1990.jpg

    1990年索恩、德瑞福和沃格特(從左到右)在加州理工學院的激光干涉儀前合影。

    1989年,沃格特完成了他新官上任最迫切的任務:將韋斯的藍皮書具體化為資助申請書,提交國家科學基金會。

    他們在申請書的導語頁上引用了意大利學者馬基雅維利(Niccolo Machiavelli)1513年所著的《君主論》中的句子來描述這個項目的風險、意義和決心:

    天下再沒有更難的事可以著手

    需冒著更大的險惡

    或者更無法確定能否成功,

    可以相比于走在前頭

    去引入一個全新的秩序。


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