罗纳德·德雷弗创建LIGO却被扫地出门 得知测到引力波时已老年痴
时间:2017-03-10 10:42
内容来源:联合早报
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2016年9月，在参加完卡弗里天文物理学奖（Kavil Prize in Astrophysics）颁奖典礼后，LIGO核心元老、加州理工学院（Caltech）教授吉普索恩（Kip Thorne）前往爱丁堡的一家疗养院探访他的老同事
2016年9月，在参加完卡弗里天文物理学奖（Kavil Prize in Astrophysics）颁奖典礼后，LIGO核心元老、加州理工学院（Caltech）教授吉普·索恩（Kip Thorne）前往爱丁堡的一家疗养院探访他的老同事和老朋友罗纳德·德雷弗（Ronald Drever）。
德雷弗 来源：Caltech
这一年，宣布成功探测到引力波、完成爱因斯坦广义相对论最后一块拼图的LIGO团队无疑是科学界最闪耀的明星。LIGO的三位联合创始人德雷弗、索恩和MIT的雷纳·韦斯（Rainer Weiss）也斩获了无数奖项和荣誉，除了卡弗里奖之外，还有格鲁伯宇宙学奖（Gruber Cosmology Prize）、科学突破奖特别大奖等。
但德雷弗无缘任何颁奖典礼——其时，84岁的苏格兰实验物理学奖已深受老年痴呆症之困。令索恩欣慰的是，德雷弗当时“清楚地理解LIGO探测到引力波了，并为之开心不已”。他们一起回忆了曾在LIGO合作的那段岁月。
2017年3月7日，在经历短暂而迅速的病情恶化后，德雷弗逝世于爱丁堡，享年85岁。他的家人用一段简短的话对外宣告了他的死讯：“罗纳德和他的科学成果令我们深感骄傲。他独一无二、不走寻常路，但他同时善解人意，幽默风趣。我们永远寄以哀思。”
此时，距离LIGO第一次明确地“聆听”到宇宙的律动只过去了18个月，距离这个元老级人物离开LIGO团队却已有25年。1992年，因为与当时NSF（美国国家科学基金会）指派的项目负责人罗克斯·沃格特（Rochus Vogt）不睦，德雷弗在没有任何官方解释的情况下被“踢”出了团队，并被禁止踏入LIGO办公楼半步。
吉普·索恩（左）、罗纳德·德雷弗（中）、罗克斯·沃格特（右）
不过，德雷弗给LIGO留下了许多基础性的设计，包括把干涉仪的每条臂做成法布里-珀罗谐振腔。韦斯评价道，德雷弗很有想象力和创造力，“他的思维是图像化的，很多让LIGO变得足够敏感到能探测到引力波的设计，就来自于他脑子的那些构想。”
因引力波结缘Caltech：英雄所见略同
1931年，德雷弗出生在苏格兰南部一个名为Bishopton的村庄。他前半生的轨迹相对简单——在苏格兰的格拉斯哥大学完成了从本科到博士的学业，并留在该校从事博士后研究。但一个重要物理问题就像命运一根无形的线，逐渐将德雷弗与大西洋彼岸的加州理工学院和LIGO项目连在一起。
这个问题就是如何在实验上证明引力波的存在。引力波是爱因斯坦广义相对论中的重要推论。在广义相对论的叙述中，时间和空间会在质量面前弯曲。时空在伸展和压缩的过程中，会产生振动传播开来，这些振动就是引力波。我们在地球上随时随地都可能遭遇来自宇宙中各种源头的引力波：两个黑洞合并、中子星自转、超新星核塌缩等。然而，即使是像黑洞这样巨大质量的系统相互碰撞、合并，产生的引力波信号传递到地球上也是很微弱的。就连爱因斯坦本人也想象不到，能通过怎样的方法探测到引力波。
1969年，马里拉大学的一位工程学教授Joe Weber宣称利用自己的谐振条探测到了引力波。Weber的谐振条是两个铝制的圆柱体，分置于马里兰大学校园内和芝加哥附近的Argonne国家实验室内。Weber认为，这两个谐振条可以像铃铛一样，在接触到引力波时振动，并由周围的传感器转化为电信号。为了排除其他地面震动的影响，谐振条被悬置于真空中。当两个谐振条在微小时间间隔内产生同样的震动，Weber认为他探测到了引力波。
这个发现让很多物理学家很振奋，但随着很多人并没有重复出实验结果，Weber的结果也陷入了无限的争议。但被Weber所启发的一批物理学家中，有很多终其一生继续追寻引力波，并最终相聚于LIGO，其中就包括德雷弗和韦斯。
德雷弗最初的思路与Weber类似，试图通过检测铝棒接触到引力波时的长度变化来捕捉引力波。尽管在设备的灵敏性上要比Weber提高很多，但德雷弗和他的学生James Hough始终没有成功。随后，德雷弗的思路转向了激光干涉，并在技术上做出了一些全新的突破，比如通过谐振腔来控制稳定的激光频率的方法。
“不合适的人出局”：吉普·索恩（左）、罗纳德·德雷弗（中）、罗克斯·沃格特（右）来源：Science
这与大西洋彼岸麻省理工学院的韦斯想法不谋而合。韦斯从学生时代就为引力波这个问题着迷，并在教授一堂广义相对论本科课程时将设计探测引力波布置为了课堂练习。1972年春天，韦斯写出了一个初步的设计，每个干涉仪的探测臂有五尺长，但是他申请经费方面遭遇了瓶颈——毕竟当时很多著名物理学家还不相信黑洞的存在。
加州理工学院的索恩则在稍晚一些投入到通过激光干涉探测引力波的研究，但在经费申请方面要比韦斯顺利得多。1981年，加州理工学院注意到了德雷弗在相关领域的成果，邀请他加盟，专门负责干涉仪建造上的工程问题。
1984年，NSF出于经费方面的考虑，要求将MIT和Caltech的两个独立的引力波探测项目合并成一个，并与当时国际上其他引力波探测团队合作，比如德国的加兴团队和苏格兰的格拉斯哥大学团队，这就是LIGO的雏形。而德雷弗、索恩和韦斯这三个人也最终在历史的这一页汇合，共同担任LIGO的第一任指导委员会成员。
2.5亿美元经费博弈：从此LIGO是路人
在LIGO的设计上，德雷弗的方案最终压倒了韦斯的方案。激光干涉引力波探测仪的基本思路是这样的：两条长度相同的探测臂呈L型放置，在L中间的拐点处放置激光源，沿两条管子各发射一束激光，而在两臂的末端放置一面镜子来反射激光。在真空中，两条同时发射的光束应该同时返回中间拐点相逢，在干涉作用下，光束不会抵达光电探测器。但如果有引力波穿过探测仪，两条真空管中的空间会出现微小的拉伸与压缩，两条光束就会出现光程差，从而外泄到光电探测器上。
1986年，由德雷弗、索恩和韦斯三人组成的指导委员会连续两年没有获得NSF的经费批准。NSF想要LIGO由一人领导，而非三人共治，并最终撤消了指导委员会，选择加州理工学院教务长沃格特担任项目负责人。
德雷弗和沃格特两人之间开始出现严重分歧，并直接导致LIGO分裂成了两个阵营。他们性格不合，而且在研究路线和领导思路上都南辕北辙。德雷弗对项目进程的预期更为谨慎和保守，他认为LIGO在短期之内设备灵敏度达不到标准，因此，他希望LIGO先着眼于技术方面的提高，建造一个200米左右的缩小版样品。而沃格特给NSF递交的是一份雄心勃勃的方案：2.5亿美元经费，40公里长的庞然大物。德雷弗认为，沃格特是在画空中楼阁，根本无法向NSF兑现承诺。
LIGO位于华盛顿州Hanford的探测台
德雷弗最终离开LIGO的始末，由于年代久远，当事人又三缄其口，因而多不可考。在LIGO成功探测到引力波之后，众多媒体采访报道的文章中，已很少见到德雷弗的痕迹，通常只是作为一个名字匆匆带过。《科学》1993年4月一篇名为《LIGO：2.5亿美元的赌博》的文章曾记载过这段往事的一些细节。
1992年7月，德雷弗已在LIGO团队被冷落了一两年，沃格特甚至通过威胁的方式阻止他参加当年既定的两场有关引力波探测的学术会议。德雷弗无视沃格特的威胁，参加了一场在阿根廷举行的会议，并在会上作了演讲。他在返程的途中被开除了。
在短短数小时内，沃格特给LIGO团队成员发送邮件宣布，德雷弗被开除了。他将在LIGO成员的监督下去办公室拿走他的私人物品，此后不准踏入LIGO办公楼半步，也不能打扰LIGO的研究者。
当年9月，德雷弗就此事向学术自由委员会提交了投诉函。学术自由委员会10月份给出了调查报告，认定德雷弗在学术自由方面确实遭遇了侵犯，承认德雷弗被开除出LIGO团队是不合理的，但只字不提恢复德雷弗在LIGO的职位。该委员会内部成员向《科学》杂志透露，这种忽略是有意为之的。
当年12月，Caltech出面调停，提出给德雷弗一个为期2年、共计100万美元经费的独立引力波研究项目。德雷弗拒绝了，据他的同事透露，德雷弗将LIGO视为他毕生工作的结晶，除了希望LIGO成功之外别无他求。
尽管德雷弗早早离开了LIGO，但他毕生保持着对引力波探测的关注。而他当年留在格拉斯哥大学的团队，在他的学生Hough领导下也持续探究引力波探测，并为LIGO提供过技术上的援助。
韦斯告诉《科学》，他觉得德雷弗有点难以共事，但索恩却觉得“大部分情况下觉得和他一起“吃饭很愉快，他是一个很好的朋友”。
“他是我见过的最天才的物理学家之一。有些东西我要花好几个小时通过数学计算来理解，他通过直觉很快就能想明白”，索恩说道。
2016年2月11日，LIGO团队宣布探测到两个黑洞合并造成的引力波
1994年，在经历了无数纠纷与质疑后，Caltech教授巴里·巴里希（Barry Barish）接替沃格特成为LIGO项目的负责人。巴里希提出的新方案被NSF接受，以3.95亿美元成为历史上NSF投资最大的项目。随后，位于路易斯安那州Livingston和华盛顿镇Hanford的两个干涉仪破土动工。
2016月2月11日，在爱因斯坦提出广义相对论百年之后，LIGO团队宣布成功探测到十几亿年前由两个黑洞合并造成的引力波，成为科学界的一大盛事。
所幸老年痴呆症晚期的德雷弗仍能意识到这个成果，并仍记得当年他在LIGO工作的时光。德雷弗的家人后来告诉索恩，他来拜访那天是德雷弗在2016年最美好的一天。
