原文以Gravitational wave detection wins physics Nobel为标题
发布在2017年10月3日的《自然》新闻上
原文作者：Davide Castelvecchi
左：莱纳·魏斯（Rainer Weiss），中：巴里·巴里什（Barry Barish），右：基普·索恩（Kip Thorne）。
Left: Caltech. Centre: Bryce Vickmark/MIT. Right: Caltech Alumni Assoc.
三名物理学家因在首次探测引力波的工作中作出了突出贡献，而荣获2017年诺贝尔物理学奖。
他们分别是麻省理工学院的莱纳·魏斯、加州理工学院的巴里·巴里什和基普·索恩，三人将共享900万瑞典克朗（约合110万美元）的奖金，用以表彰他们在美国激光干涉引力波天文台（LIGO）所取得的成就。2015年9月，LIGO探测到了两个遥远的黑洞碰撞时所造成的时空扭曲。
这项发现于2016年2月对外公布，让科学家能够听到宇宙中一些剧变事件所发射出的时空振动，由此开启了一个崭新的天文学领域。该发现也验证了阿尔伯特·爱因斯坦一个世纪前就预测到的引力波的存在。
LIGO的创始人被称为“三剑客”，其中两位正是魏斯和索恩，他们在路易斯安那州的利文斯顿和华盛顿州的汉福德分别建造了LIGO的两台巨型探测器。“三剑客”中的第三人是朗纳·德瑞福，今年3月7日去世。巴里什从1997到2005年任LIGO主任，被公认为是将一个样本混乱的合作项目变得高效顺畅的功臣。
“我把这次获奖看作是对上千人工作的认可。我们孜孜不倦地努力了——我真不想说——40年了。”魏斯在获奖后接受诺贝尔奖委员会采访时说。
“我们很高兴看到他们能获得认可。他们已经在这上面干了好几十年了。”路易斯安那州立大学的加布丽娜·贡萨雷斯说。她是LIGO的成员，也是该项目的前发言人。虽然诺贝尔奖最多只能颁发给三个人，但是诺奖委员会在新闻发布会上强调，还有很多其他人对LIGO做出了贡献。
自从去年宣布探测到引力波开始，研究者们就已经普遍猜测诺奖委员会会把奖颁发给LIGO团队了。“我很高兴他们颁给了正确的三个人，”马里兰大学研究广义相对论的物理学家查尔斯·密斯纳说。诺贝尔奖的一半颁发给了魏斯，另一半则平分给了巴里什和索恩。
两个黑洞碰撞而产生引力波的计算机模拟图。
The SXS Project即使在LIGO发现引力波之前，也没有几个物理学家会怀疑引力波的存在。时空扭曲是爱因斯坦广义相对论的自然结论，会在宇宙中几乎不受阻碍地传播。1974年，研究者们通过一对中子星融合时所发射出的电波信号间接证实了它的存在：信号周期的变化恰好吻合引力波带走能量的预测。这项研究获得了1993年的诺贝尔物理学奖。
直接观测到引力波本身则是另一项宏伟的工程。即使是最大的扭曲——也就是星体坍缩或黑洞碰撞时所产生的扭曲——在到达地球时一般也会变得十分微小。2015年所发现的引力波让LIGO 4公里长的L型真空管道拉伸和压缩了不到一个质子的长度，但这已经足够让管道内的激光产生可探测到的时间差了。
美国和前苏联的物理学家于20世纪60年代首次提出了使用激光干涉仪探测引力波的方法。魏斯于1972年第一个对干涉仪的原理作了详尽的计算。这个想法当时显得有些牵强，就连魏斯也不确定能不能成功。“可能研究个一年左右我们就会意识到这个方法不划算，”他当时向科学社会学家哈利·柯林斯（Harry Collins）这么说。
魏斯1932年出生于德国，1938年和家人一起为了逃离纳粹而移民到了美国。他在20世纪70年代中期建了第一个干涉仪的原型，很快欧洲的研究者们也开始造了，这之中就包括了英国格拉斯哥大学的德瑞福团队，以及另外一个德国慕尼黑的团队。
索恩1940年出生于犹他州，父母是摩门教徒。他的专业是广义相对论，对引力波有着自己的思考。在1975年华盛顿特区的一次会议上，索恩和魏斯因为酒店超额预定而住进了同一个房间。魏斯说服索恩干涉仪是正确的做法。索恩、魏斯和德瑞福于20世纪80年代早期开始合作。当时美国国家科学基金会明显不可能资助两个独立的这类项目，LIGO合作项目就这样诞生了。
“三剑客”并不是从一开始就合作顺利的，而他们也承认本身缺乏管理这个规模迅速庞大起来的项目的能力。巴里什参与之后情况有了显著改善。他于1994年成为LIGO的PI，1997年成为主管。柯林斯仔细研究了这个合作项目好几十年，他说是巴里什把LIGO变成了一个“大科学”项目。如果没有巴里什来扭转局面，LIGO可能已经垮掉了。
最早的LIGO还很难获得资助，到最后却成为了美国国家科学基金会有史以来资助的规模最大、最贵的实验。它的两台几乎一样的探测器于2002年首次启动。当然了，第一阶段所收集的数据几乎不可能发现任何东西。该天文台2010年关闭，进行了大幅改造，于2015年9月重新启动，灵敏度是之前的三倍。
朗纳·德瑞福是LIGO的创始人之一，2017年3月去世。
Bob Paz/Caltech Archives
研究者们对几年之内作出发现抱持谨慎的乐观态度，不过宇宙待LIGO不薄，9月14日就送了它一个大型事件。当时干涉仪还在调整当中，距预定的正式运行日还有好几天。在那之后，LIGO又探测到了至少三次引力波事件——最近的一次由意大利比萨附近的一个类似的干涉仪Virgo同时探测到了。
LIGO团队也受惠于其他一些国家的科研努力。德国和英国都提供了资助和研究。德国汉诺威附近的一个小型干涉仪GEO600为美国的“大哥”提供了主要的技术测试平台。
三名获奖者都有其他成就加身。在LIGO之外，魏斯还是宇宙背景探测者（COBE）的首席科学家之一，这是美国国家航空航天局（NASA）的一个探测器，于20世纪90年代提供了第一幅宇宙微波背景图，也就是大爆炸留下的“光”。（COBE的另外两名研究员于2006年共同获得了诺贝尔物理学奖。）
索恩除了引力波的前沿研究以外，还是2014年电影《星际穿越》的执行制作人之一，帮助构思了电影剧情的原始创意。加入LIGO之前，巴里什在伊利诺伊州巴达维亚的费米国家实验室参与过中微子实验。他还领导设计了拟议的国际线性碰撞器（ILC）。
这次诺贝尔奖被大家公认是索恩和魏斯的囊中之物。在德瑞福于3月去世之前，“三剑客”包揽了所有能颁给他们的奖项，其中包括一项300万美元的基础物理学突破奖，50万美元的格鲁伯宇宙学奖，120万美元的邵逸夫天文学奖，以及100万美元的卡弗里天体物理学奖。ⓝ
Nature|doi:10.1038/nature.2017.22737
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