顶科现场｜诺奖得主巴里什：理论研究需要高级精密的工程能力

11月3日，上海，诺贝尔物理学奖得主巴里·巴里什在世界顶尖科学家论坛——工程科技创新与发展论坛上演讲。

“我们的实验需要现代物理学、天文学等领域的结合，由理论物理学家所做的实验创新，非常具有挑战性，也需要高级精密的工程能力进行支持。”11月3日，上海，2017年诺贝尔物理学奖得主巴里·巴里什（Barry Barish）教授在第五届世界顶尖科学家论坛——工程科技创新与发展论坛上作了《工程学与物理学发现（Engineering and Physics Discoveries）》的主题演讲，强调理论研究与工程学的紧密关系。
巴里什是美国实验物理学家、加州理工学院物理学院荣誉教授、引力波研究先驱。因对“LIGO探测器和重力波的观测做出了决定性贡献”，他与莱纳·魏斯和基普·索恩一起被授予诺奖。
“今天我想分享的话题是工程和科学如何互动，如何让发现科学知识变成可能。”巴里什说。
他的演讲以爱因斯坦对于引力波的研究作为引子：“爱因斯坦在大约一百多年前提出了一个关于引力的新理论，他通过这个理论解决了许多牛顿的问题。他发现牛顿的理论认为苹果的掉落是即时发生的，掉下来的苹果你马上就能看到。但实际上从苹果掉落到我们身上这个过程的传播也是需要时间的。他的引力波理论非常清晰：这一切的发生，都与光速有联系。”

11月3日，巴里·巴里什在世界顶尖科学家论坛——工程科技创新与发展论坛上介绍爱因斯坦对于引力波的研究。

“比如两个黑洞如果在宇宙深处合并就会产生巨大的引力波。”巴里什说，当两个黑洞一起释放出引力波，引力波以光速来到13亿年后的地球，在爱因斯坦的理论中，引力波会扰动地球上的时空，而科学家可以通过LIGO仪器去检测这种扰动。
巴里什提到，这个技术涉及许多工程学和物理学知识，例如位于华盛顿的激光干涉仪，展示了引力波的机理。当引力波穿过检测器的时候，就会改变其中的图形形状，从而形成扰动。检测到的形变十分微小，小于10的负21次方，这需要一个巨大的光干涉仪。同时科学家还要屏蔽地球表面的一些噪音，这都是非常精密的工程学问题。
巴里什说，干涉仪中间有两个管道，内部的仪器非常精密，用于构成激光干涉仪。可以让光线能够移到正确的位置上，也允许科学家持续更新，持续跟进，而不是需要在每次测量后整个推倒重来。这些部件能够遮挡噪音，长度是4公里。管道内部是真空的，压力级别是10的负9次方，需要使用非常精密的光学组件，在表面和机体配备非常高的精密度，能够精确地反射光。他们的成果是YAG激光器，能够给激光带来稳定的频率和非常高的准确性，而这些都是技术上的挑战，需要有很强的工程能力。
巴里什还介绍了如何通过工程学屏蔽地球上的干扰：“我们使用的是一种多阶段隔离技术，结合了一些汽车上日常会使用的技术，比如说震动减震的这些机械机理。我们做了四个级别的减震器，但是还不能达到10的负12次方的计量级别，所以我们增添了其他的技术。比如说用很多传感器去测量剩余的地球运动，然后我们的主动减震器再把这些噪音减掉。”
巴里什表示，需要非常准确非常系统级别的工程学，才能支持建造出像LIGO这样的仪器，从而实现10的负12次方级别这么灵敏的激光测量。