出品|网易科学人栏目组
译者|止水
1916年，阿尔伯特·爱因斯坦在提出他的广义相对论时，就预言了引力波的存在。在爱因斯坦的设想中，任何带质量的物体都会发出一种信号，这种信号会在时空中产生涟漪，而这种涟漪会以光速在宇宙中飞快地移动，它的声响则稍显滞后，会在随后到达。从理论上来讲，这意味着人类可以探测到数十亿年前发生的两个黑洞之间的碰撞。
2015年9月，美国科研人员利用激光干涉引力波天文台（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，LIGO）首次探测到引力波，这一发现印证了物理学大师爱因斯坦在100年前的预言。2016年6月份，科学家们再次证实了爱因斯坦预言的正确性，因为他们第三次探测到了引力波的存在，它是16~43亿年前，由两个黑洞碰撞产生的一些时空震荡。
虽然这三次引力波是科学家们在高精度仪器的帮助下探测到的，但这个重要科学分支的未来，却需要仰仗一群免费的、“一心想干点儿大事”的民间科学家。
“引力间谍”（Gravity Spy）是一个由9000名普通人组成的志愿组织，他们会梳理那些从LIGO那儿收集到的数据。LIGO是一个灵敏度非常高的探测系统，它会在美国路易斯安那州的利文斯顿（Livingston）和华盛顿州的汉福德（Hanford ）分别用激光束来探测那些引力波经过时所造成的时空波动现象。
在2016年，也就是在首次观测到引力波后的第二年，“引力间谍”项目就在美国国家科学基金会（National Science Foundation）的资助下正式启动了。这个组织的目标是：招募到更多的志愿者，让他们筛选那些LIGO所产生的海量数据，并鉴别出其中的一些“干扰”（glitches）——来自仪器或是环境的噪声，这些噪声会让LIGO对引力波的探测灵敏度下降，并让计算机建模变得困难重重。
“我喜欢将它想象成是一副耳机，” 美国加州州立大学的物理学副教授约书亚·史密斯（Joshua Smith）在接受媒体采访时这样评论道。“设想一下，你有一副耳机，你正试图用它来听一首非常美妙的轻音乐，然而，因为你的这副耳机是一个电子设备，所以它就不可避免地会存在各种叽叽喳喳的杂音。我们所要做的工作就是，努力地去消除这些杂音，这样的话，我们就能更好地去收听这些动听的音乐。”
曾协助设计和创立了“引力间谍”组织的美国西部大学博士生迈克尔·莱文（Michael Zevin）表示，虽然他们已经三次探测到了引力波，但这些收集到的引力波数据中却夹杂着成千上万个噪音信号。物理学家们有时候知道他们所看到的噪音信号来自哪里，但有时候却是毫无头绪：刮大风的时候，就会出现信号干扰，它看起来就像一根被猛拉着的小提琴琴弦。
然而，科学家们并不仅仅只是想把“干扰”都揪出去这么简单，他们还想搞清楚这些“干扰”的来源，从而更进一步地去提升LIGO设备的灵敏度。
“如果我们对探测器中的这些噪音一无所知的话，那我们几乎不可能会发现这些引力波信号，”莱文博士这样说道。“即便这些民间科学家所做的并不是真正的引力波搜寻工作，但如果没有他们以及他们的团队协助分析这些噪音的话，我们打从一开始，就不可能会探测到引力波。”
在“引力间谍”的官网上放着一些干扰信号图，用户们会被请求去识别它的形状。每一个形状都代表着一种不同类型的干扰——比如下面这幅对称分布的“泪滴”，它被称之为“blip”（小光点），除此之外，在干扰信号图中出现的半条细长曲线被称作为“whisper”（低语者）。这些干扰可以模拟一些天体物理信号的探测，而这也是科学家们为什么需要大量的人力来参与识别和描述这些最常见的干扰的原因，这样的话，他们就可以识别出信号中的那些细微差别。
除了大量人力鉴别者之外，“引力间谍”还使用了机器学习技术，来进一步提高他们的识别能力。
“我们正在试图搭建一个模型，它能将计算机所擅长的东西和人类所擅长的东西结合到一起，从而创造出一个可持续的，能在未来让这些探测项目去识别一些更大数据库的东西，”莱文博士这样说道。“当我们人工在众多数据中识别出一种新的干扰类型时，这些新发现可以帮助我们建立起一个数据库，让计算机算法更好地将它们背下来。”
除了识别干扰类型之外，“引力间谍”的用户还被鼓励去搜寻一些新的干扰类型，创建一些候选的类别，从而去探索它们之间的联系。然而，许多参与这个项目的志愿者的“雄心”还不止于此，他们还将时间因素考虑了进去，从而去更好地理解造成这些干扰的物理原因，去探寻是什么导致了这些特殊形状的出现，并学习引力背后的复杂规律。
“这是一个非常讲究合作的社区，”“引力间谍”芭芭拉·泰格拉什（Barbara Téglás）在接受媒体采访时这样评论道。“参与者们都会通过在线论坛相互帮助、相互学习，共同解决难题。我们当中的许多人都会读一些科学期刊和关于探测器的技术论文。当科学团队证实了一些我们发现的东西，这样的成功将归属于整个社区。”
从2016年4月起，泰格拉什就已经成为了“引力间谍”组织旗下的一名志愿者，从那时起，泰格拉什几乎每天都会花几个小时去参与项目。作为一名生物技术工程师，泰格拉什很久之前就对科学研究充满了热情。在加入“引力间谍”后，她沉浸在了自己对天文和星系探索的好奇心中。泰格拉什在评价“引力间谍”社区的其他人时，称他们是一群“给力、友善和聪明的人。”
“我之所以会选择参加这个项目是因为我觉得这对我来说是一个非常好的机会，它能让我加入到当今世界最热门的一个科研项目，”泰格拉什这样说道。“我认为如果我可以为这个项目做点事儿，即便只是最微不足道的一件小事儿，我也值了。”
“引力间谍”组织确实是一个你值得为它工作的地方：泰格拉什和她的科研小伙伴们正在解开宇宙谜团的道路上扮演着一些至关重要的角色。这并不是什么空头美梦，泰格拉什强调称：“这就是为什么引力波的发现是一件非常重要的事儿，因为它们的存在可以带领我们去发现诸如中子星、超新星，甚至其它那些我们至今还从未见过的引力天体。”
引力波会在空间中传递的时候，会在所经过的空间中产生“涟漪”，而这些“涟漪”会造成时空的压缩和拉伸，而黑洞撞击所产生的引力波被探测到后，反过来也证实了这些黑洞的存在。
“即便我们今后探测到的一个新引力波和我们之前探测到过的三次引力波现象中的一次，呈现出相同的特性，它仍将是一个巨大的进步，因为我们进入到了黑洞，这个已经死去了很久的恒星残留物，”莱文博士这样说道。“我们有机会能接触到这些我们之前无法接触到的黑洞信息——可以瞥见几眼这些黑洞碰撞的最后时刻，而这有助于我们去推断出大量的有关恒星演化和黑洞形成环境的信息。”
史密斯教授在接受媒体采访时表示，他“完全支持”这个民间科学家项目。史密斯教授还向我们指出这个项目的意义并不仅仅只是在于许多民间志愿者为科学家们提供了关键的帮助，它还唤起了我们对以往先例的思考。
史密斯教授坚定地认为，任何人都应该相信自己能参与到科学研究当中，如果他们作出了这样的决定，那么所有人都能从其中获益。在过去的历史中，有许多为科学做出了贡献的人，他们本身却并不是那些经过训练的专家。因此，史密斯教授觉得我们不应该设置限制，只允许特定的一些人去做科研。
如果我们一开始就设置了这样的限制，我们的历史上就不会涌现出那么多“惊艳了”世界的天才。
“在我们一开始的预期中，我们认为探测到的第一个引力波会很小，但事实却是恰恰相反，我们所探测到的第一个引力波非常漂亮、非常大。这个波形太清晰了，如果我们把从爱因斯坦广义相对论那儿推导出的波形也放到它上面的话，就会发现它俩能完美地重合到一起。这一结果漂亮得令人难以置信。”史密斯教授最后这样惊叹道。
本文来源：网易科学人
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