【引力波·问答视频】面对论文与经费挂钩的体制，LIGO40年间如何获得经费支持？

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Q1

To prof. Rainer Weiss：

►探测引力波从发现可行到成功花了35到40年，在这个领域里发表的论文很少，您是如何说服您自己这是有可能的，以及如何说服其他人您确实可以探测到它？以及说服他人给您资金？因为经费是与发表论文的情况是严重挂钩的，不知道您是否有什么建议，您如何看待此事呢？

Barry Barish：我认为这是个很好的问题，就我们来说，问题的第二部分比第一部分更有趣。就我们来说这就是我们做的，作为实验物理学家研究科学，把仪器做的更好，我们建了一个装置但没有发现引力波，然后我们就改进它，无论如何这都是我们的工作。我们享受这个过程，工作的时候很开心。我一生中做过寻找磁单极子和中微子效应的实验，其中很多都失败了，我们没有找到想要的东西。Rai Weiss在这个领域工作的时间比我还长，我想如果我们两个人都没有发现引力波的话可能接下来会有其他人发现，并享受整个过程。

问题的第二部分我觉得更重要，就是这个体制对高风险的实验很不友好，但正是高风险的实验才能有大的突破，因此我们需要找到办法，让研究中的失败可以被接受，我说的失败不是做的不好，而是没有找到想要的东西。在科学上我们不能充分去探究我们观察到的问题，而最终没找到想要的东西，因为这在这个体制很困难。我们必须得到钱，作为教授晋升职称，无论做什么工作，这个体制都是很保守的，不仅是在中国和美国，我认为对于同样的资源我们本可以在科学上做到更多，如果这个体制不是如此回避风险的话，我也不知道如何解决，但我觉得这确实是一个问题。

Rainer Weiss：我完全同意Barry，我的经历也很艰难，幸运的是我一开始不需要去筹措经费，这在美国是一种很特殊的情况。我的情况是我需要去教课，然后我有了（引力波探测的）想法，我去找我在麻省理工实验室的领导，他是受军方支持的。他受军方支持是由于这是美国在二战中的经验。军方支持科学的方法很聪明，他们的态度主要是由于他们在二战期间的经历，在战争动员中几乎每一个能被使用的科学家和工程师都被利用了。

他们发现，以保卫国家来衡量的话，对这个国家最好的事，就是多培养工程师和科学家，所以在二战后军方支持了科学的复兴，不是制造更好的炸弹或者更好的打仗的装备那种意义上的，而是他们希望以后会多很多这类人。万一军事上需要发展科学和工程，有这么多人可用，这是种很聪明的支持科学的方法。举例来说，我那时的工作就是教研究生，不要让他们因挂科而退学，要确保他们毕业，这就是我对这个所谓的军事项目的贡献。

我就这样找到了我在麻省理工的领导说，你需要像一个电子工程师一样，某种程度上比我做物理的朋友更有想象力。我告诉了他这个想法，他说好，你需要什么，我当时完全猜错了，我说我需要五万美元，事实证明这太疯狂了。但无论如何他让我们启动了，我们开始制作一个原型机，然后我在不同的地方遇到了麻烦，我只是想给你们看一下，我遇到了来自我的院系物理系的麻烦，因为学生在做纯技术的东西，做一项参数到10的负12次方之类的东西，我之前说过的。我们都提到过，这不被我的院系认可，它不被承认是新的科学实验得到科学结果，它被认为是发展技术。

因此我需要有两个项目。在我实验室里，我先让学生去做原型机，然后如果他们想拿博士学位毕业，我就把他们调到另一个项目，去做真正的科学的结果。这个情况持续了很长时间，直到稍晚一点，当加州理工也参与进来时，加州理工是个很有声望的大学，它们给那些致力于引力波探测器制造技术的人颁发学位，这是很大的一步，Kip也许你不记得了。然后当加州理工这样做时，麻省理工说好吧，也许如果他们可以这样做，那么你也可以，然后当有人来麻省理工做这个时，他们不需要做新的科学，而是可以发展一种技术，所以这不是一个简单的问题，有很多制度需要通融一下才能促成这件事。

Q2

To prof. Rainer Weiss：

►您是怎么想到用光而不是其他物质探测引力波的？

Rainer Weiss：我想你想说的是原子干涉仪

Kip Thorne：-不是不是，是最初的……

Rainer Weiss：-最初的，我可以讲一下。开始时，Joe制作了我给你们看过的圆柱，然后事实是，我们现在知道它的灵敏度如何了，大约能测到10的负15次方的应变，距离需要的灵敏度还差6个量级，才能实现Kip和他的研究组的预言。我们发现这可能是这整个领域的基础，至于他看到了某个东西，别管他看到了什么，我们这里不展开讨论，有许多不同的观点，这很有趣，我们私下里聊这个。

还有一个方案是使用飞船测距，这是由喷气推进实验室完成的，它没有用激光，而是用的无线电波，用大约三厘米的电磁波，测量从地球到飞船再回来所需的时间，计算一下会发现，这个方案的精度大约在10的负15次方，可以探测分钟到小时的引力波周期。

最终虽然一切看起来都很好，但他们什么都没看到。我们现在知道这也是由于精度不足。

最后我想讲一下另一个技术，我本来以为你要问的，给我一点时间说一下，还有一种技术叫做原子干涉。你们这里也做了一些此类的工作。我觉得这很像激光干涉仪，这里把原子干涉和激光耦合了起来。它可能有一些应用，但是目前精度上距光学干涉仪还差很远，但是如果计算一下的话，很可能在分钟周期上会得到不错的灵敏度，这可能是一个有趣的领域，来寻找产生噪声的效应。例如地球物理的噪声，我在之前的讲座中提到了，即地面和大气的密度涨落，原子干涉可能是一种测量这些噪声的有效手段，因为它不需要悬挂装置，原子在小的原子云中，悬浮在半空，这是人们现在考虑的另一种技术。

Kip Thorne：但是Rai，我觉得他也想知道你是如何产生基于光的想法的。

Rainer Weiss：哦，好的，那是我人生的一个小故事。Kip刚刚说可能关心的是我的点子是怎么来的。我对广义相对论理解不够好，当我到MIT成为一个年轻的教师时，我被要求教授广义相对论课程。我得承认我不懂任何广义相对论，虽然我的实验组是做宇宙学和引力的东西。我非常熟悉实验，但是我从来没有真正学过那些可怕的张量分析的数学，我希望我能懂。

然后我就教这门课，在这个过程中，有学生问我Weber探测器的事，坦白来说我也不是很明白。我不是很理解既然现在没有引力了，却突然要解释用力撞一下柱子并让它响起来，我一点都不喜欢这个说法，我喜欢所有的说法都在几何的框架内。

因此我想找一种几何学的解释给学生。方法很直接，我把它作为课外作业留给学生，然后我们在课堂上讨论。

假设你有一个重物放在这里，还有一个在Barry那里，然后发射一束光脉冲，同时用表开始计时，从这里到那里，然后测量需要的时间比如从这里到Barry所在地方的重物需要的时间，把这个作为标准，我们使用这个标准，首先测量在没有引力波的时候，然后再测一次有引力波的时候，时间结果的变化，在实验中这样做是很蠢的主意，不可能有这样准确的表，但是原理上可以这样说。测量光从这里到那里所需的时间，如果有变化可能就是引力波造成的。

在此之后许多年后，在Weber实验失败后，这就成了一个点子，我开始想也许真的可以基于它做一个实验，最终就得到了Kip所说的结果。

Q3

To Professor Kip Thorne:

►在电影星际穿越中，人类可以在第五维空间进行时间旅行，那么在现实中人类有没有可能先升到第五维，穿越时间后再降到三维空间？

Kip Thorne：首先我想说，我们完全不知道时间旅行是不是可能。我们已经比较清楚，为了实现时间旅行，我们必须有转一圈再回来的可能性，也就是出发之前就遇到你自己，这在我们三维的宇宙很可能不会发生。有种观点认为当我们有五维空间时可能就可以。

在电影星际穿越中，时间旅行确实在五维空间的体宇宙中发生，片中唯一发生时间旅行的地方是在第五维度中，当库珀乘坐在超立方体的一个面上，看过电影的人知道，他利用了这种可能。我在我的星际穿越中的科学一书中解释过，所以在电影中，时间旅行需要第五维。

在现实中我们不是很清楚这种可能性。我跟史蒂芬霍金，我的一位好朋友，争论了很长时间，最终我们两个达成一致，即在我们有量子引力理论前，我们不可能知道回到过去的时间旅行是不是可能的，量子引力中的原理决定了这个问题的答案。所以，我们有一个没有把握的观点，时间旅行的可能性不依赖于三维四维还是五维，它取决于我们还没有很好地理解的被称作量子引力的物理学原理。

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