WLA科学家说⑰ | 一旦错过再等27年，但终究还是等到了

编者按

因对激光干涉引力波天文台（简称LIGO）和引力波的探测做出了决定性贡献，巴里·巴里什（Barry Barish）与雷纳·韦斯（Rainer Weiss）、基普·索恩（Kip Thorne）一同获得了2017年诺贝尔物理学奖。而他们对外宣布科研结果的时间，恰好是爱因斯坦发表论文预测引力波的100周年。他们的科研成果，相当于对百年现代物理学做了一个了断。但对巴里什来说，这是一个迟到27年的大礼。

如今，已经入耄耋之年的巴里什教授依旧奋斗在研究前线，他曾强调：“在任何情况下，全力以赴都是最基本也是最重要的。”作为世界顶尖科学家协会（WLA）会员的他，曾多次参与世界顶尖科学家论坛（WLF），除了在“前沿科学”、“未来国际大科学”等分论坛带来引力波探测研究分享、探讨“大科学”装置与“小科学”好奇心的重要性之外，还认为，现在年轻的科学家们拥有比自己这一辈人当年更好的条件和机会，他们不仅能产生很多优秀想法，还能采用更多先进设备和工具，同时在如WLF这类论坛上，还能获得更好的交流与表达。

巴里·巴里什参加世界顶尖科学家论坛

图 | WLF

曾想成为一名小说家

1936年，巴里什出生于美国内布拉斯加州的奥马哈市，有一个小他四岁的弟弟。回忆起小时候的自己，巴里什的评价是“很安静，也是个好学生”。

那时候他很喜欢阅读，从科幻到经典文学作品，尤其是意大利和日本文学。大量的文学书籍让他在十几岁的时候除了喜欢讲故事，还喜欢写作。被问到未来想做什么时，“想成为一名小说家”，他回忆道。他认为，小说是激发想象力的东西。后来的他还旅行过很多国家，也会去看这些国家主要作家的作品，通过学习他们的文化史去了解文学。

而除了文学外，那时候的巴里什也喜欢运动，例如足球、篮球和网球。那时候他大多数的朋友都是通过运动认识的。高中之后他专注打网球，还赢得了一些荣誉。

巴里什坦言那时候的自己对科学学科或数学并没有任何兴趣，尽管他数学成绩一直很好，还能在一些测试比赛中获胜；其它学业成绩也很好，是班上的佼佼者。“然而那时我并没有明确的方向，对学习的内容没什么概念”，他说，他的父母都没有上过大学，无法给他更多的指导；而家族里的其他人则希望巴里什和他弟弟能成为律师或者医生，但他对这两个职业都不太感兴趣，他弟弟倒是后来成了一名律师。

于是，他决定申请加州大学伯克利分校，利用自己的数学天赋，攻读看起来还尚可的工程专业。一年级时，他选修了两门工程课——测量和工程制图，同时选修了法国文学、无机化学，以及高中没有的物理课。有趣的是，他很快发现自己并不喜欢那两门工程课，转而深深痴迷上了物理。他立刻转到了物理系，尽管那时候的他也“并不真正了解成为一名物理学家意味着什么”。

从此，他便踏上了基础物理研究之路，这也成了他毕生热爱的东西。“唯一遗憾的是我放弃了在伯克利打网球”，巴里什说，自己的水平刚刚能进网球队，而网球队的训练会占据大量他在物理、化学等的实验时间，只能忍痛割爱。

在网球队参加训练 图 | nobelprize.org

1962年，他以优异的表现取得了伯克利高能物理实验博士学位，一年后成为加州理工大学的博士后。几年后，他晋升成为了加州理工大学的教授，并在此安家落户，开始了整个职业生涯。

错过1990年诺贝尔物理奖

上世纪60年代，年轻的巴里什有一个和理查德·泰勒(Richard E.Taylor)合作研究一个项目的机会。但是，但因种种原因，巴里什拒绝了那个合作机会，错误地判断这个项目不会带来“大惊喜”。然而，后来那个项目的参与者们获得了1990年诺贝尔物理学奖。泰勒甚至还为此向巴里什开过玩笑。

而就在上世纪70年代，还有另一个泰勒——射电天文学家约瑟夫·泰勒（Joseph H. Taylor, Jr.，WLA会员，可参看)。他与罗素.A.哈尔斯（Russell A. Hulse）一起发现一种新型脉冲星的同时，也发现其逐渐延长周期时，会释放能量，其释放能量的方式和速度，与爱因斯坦广义相对论预测的引力波完全相符，为爱因斯坦广义相对论预言的引力波提供了间接证据。之后，他们于1993年获得了诺贝尔物理学奖。

一次错过的诺奖，一次与引力波相关的诺奖，冥冥之中，仿佛也在暗示着什么。

约瑟夫·泰勒参加世界顶尖科学家论坛 图 | WLF

接手LIGO后改造出“ALIGO”

“我不觉得我不配。”巴里什也希望“写”出伟大的作品。

机缘巧合的是，就在1993年圣诞节，当他刚从一个耗资百亿美元的超级对撞机大项目上“闲”下来，加州理工学院物理系主任就交给他一个任务——接手LIGO（激光干涉引力波天文台）项目：一个用激光探测方法探测引力波的项目！

在此之前，加州理工大学和麻省理工学院团队先后启动了引力波探测项目。但是，来自外太空的引力波非常非常小——小到什么几乎察觉不到，由于没有技术优势，设备灵敏度不够，且两个团队间配合不是很好，他们研究的进展相当缓慢，美国国家科学基金会关注到这个项目后，就下令将两个团队合并，并投下该基金会成立以来最大的资金——3.65亿美元，组建LIGO。

但是，重大工程建设并非易事。巴里什记得，他刚接手这个项目时，“工程基本处于瘫痪状态，情况很糟糕”。根据安排，他负责科学工程和科学团队工作。接手后，他重组LIGO管理层，也带进一些不错的科学家，并促进科学家们更好合作。

经过努力，LIGO于1999年建成，在相距3000公里的华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿，分别建立了天文台。两个天文台都有更先进、更灵敏的引力波探测器，每个探测器都有两个互相垂直“干涉臂”，每个臂都有4公里长，里面装着直径1.2米的真空钢管及更多精密设备。

根据实际运行情况，巴里什又于2005年起，采用更高功率的激光器和进一步减少振动的一些装置，慢慢地将LIGO进行改造成“ALIGO”（A即Advanced，先进的），其提升至极致的灵敏度，能使激光在引力波扫过时，根据“干涉臂”的长度探测到直径仅有质子直径万分之一的微小粒子！

巴里·巴里什参加世界顶尖科学家论坛

图 | WLF

探测引力波证实百年前预测

“我们做的是持续的探索冒险，就像没有人去过的新大陆。”巴里什直言，探测引力波是一种兴奋的设想，其实验过程非常复杂，像文学一样需要很多的创造力。

在停止运行、升级许多新技术以后，ALIGO于2015年9月13日进入锁定状态，以便在不受干扰的情况下收集来自宇宙的庞大数据。

奇迹很快就发生了。9月14日凌晨4时50分，利文斯顿天文台突然监测到异常信号，算法流水线通过自动分析数据，触动了警报器。早上7时左右，巴里什在加州的家中用餐时得到了这个消息。

不过，爱好文学，具有浪漫情怀的巴里什，听到这个突出其来的好消息后，表现的不是激动。

“我的第一反应是担心。”巴里什说，在LIGO观测前，曾有一个3人的秘密小组成立，专门“搞破坏”；听到消息后，他的第一个担心是：秘密小组的人是否又在观测数据中人为注入信号“搞破坏”？同时，由于“ALIGO”是全新的升级版本，他也有第二个担心：升级版本是否出现了“新问题”？

出于对科学结果的负责，他和团队成员用了两个月时间严谨地排查，发现前面监测到的那个异常信号与“搞破坏”“新问题”等其它情况均无关。

2015年12月，LIGO团队科学家收到秘密邮件：LIGO探测器记录到一个异常信号，由质量分别相当于29个太阳和36个太阳的两个黑洞合并时发出。他们在12月初写好了论文。

“我们很幸运”，巴里什说。那一年的12月底，LIGO再次单独探测到引力波，信号来源于距离地球14亿光年的两个黑洞的合并：两个初始质量分别为约14倍太阳质量和约8倍太阳质量的黑洞，合并成一个约21倍太阳质量的旋转黑洞，能量以引力波的形式释放。第二次的观测结果也帮助巴里什团队解决了很多之前的疑问。

经过再次严谨论证后，2016年2月11日，LIGO团队正式对外发布消息：直接探测到引力波。这时，距离爱因斯坦发表论文预测引力波刚好100周年。

图 | nobelprize.org

爱因斯坦“交响乐”未完可续

比前面约瑟夫·泰勒和罗素.A.哈尔斯一起为引力波提供了间接证据更“实锤”的是，巴里什带领团队发现的引力波，为爱因斯坦广义相对论预言的引力波提供的是直接证据。

这一发现，可以说是对百年现代物理学做了一个了断，圆了百年物理学的诺贝尔奖之梦——因为现代物理学建立的标志，就是百年前建立的量子力学和相对论。其中，量子力学方面，已有层出不穷的研究成果获得诺贝尔物理学奖，其正确性已毋庸置疑，其发展已走向成熟；相对论中，尽管狭义相对论已和量子力学一起构成了现代物理学的两个支柱，但包括爱因斯坦在内的众多科学家，都没有因为狭义相对论获得诺贝尔奖，而广义相对论，尽管已是理解宇宙暗能量等重大发现的理论基础，也早被学术界接受为现代物理基础理论的重要部分，但在此之前，还没有被授予诺贝尔物理学奖的发现和成果。

专业人士认为，巴里什带领团队发现的引力波，将成为科学家进一步探索宇宙和发展科学理论的有力工具，也将扩展广义相对论理论，使发展和量子力学统一的量子引力理论研究进入一个新的时代。

也许正因为如此，“错过1990年诺奖、又在27年后得到它”的巴里什用一种稍显浪漫的方式来评价引力波的发现，他说，这是“人类听到了爱因斯坦未完成的交响乐曲的第一个节奏”。

特约撰稿 罗水元

作者 冬青子

排版 杨 周

责任编辑 羽 华