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发现引力波团队中有湖南师大附中的优秀校友
美国国家自然科学基金会携加州理工学院、麻省理工学院以及LIGO科学合作组织的专家向全世界宣布,美国的LIGO(激光干涉引力波观测站)首次直接探测到了引力波,这一成果被誉为“具有划时代意义”。在发现引力波团队中,除了金发碧眼的外国科学家,也有中国科学研究工作者,湖南师大附中的校友杨桓就在其中,他的名字从此刻在了引力波探测的里程碑上。
2016年2月,豆瓣上热传一篇清华学子的文章 《 凡人和天才的差别 》:
里面提到了一位  “大牛 ” ,原文摘录如下:
世上就是有这么一些专业,会让人深刻意识到个体间智力上的差距,理论物理就是其中最具代表性的一个。
和绝大多数清华学生一样,原本我是不惧怕物理的,所以本科入学那年看到必修课里有个A类高等物理,我并不以为意——直到拿到人生第一张不及格的物理考卷。更让我无法接受的是,在这场平均分不到50的考试中,竟然有个人拿了90分。知耻而后勇,之后我刻苦攻读,终于将高等物理的综合成绩提升到85分。然而,土狼追赶飞鹰是不会有结果的:那个大牛拿了98。
之所以要讲大学的陈年旧事,只是想提示一下,怎么样的人才能在理论物理领域有所建树。比如这次引力波实验中,加州理工团队里有一个原清华基科班的大牛,名叫杨桓,此人中学时代(湖南师大附中)便是国际物理奥林匹克竞赛金牌得主。听闻过他的轶事,其神奇程度或在98分大牛之上。几十上百个这种等级的大牛组成了LIGO引力波项目团队,只是为了验证爱因斯坦一百年前的论断,说白了就是打了个下手。以我的短浅见识,遥望杨桓已然是个极限,实在无力想象爱因斯坦的境界。
文中提到的 "大牛",便是我校优秀校友:高9901班学生杨桓。他在2002年,与肖维、吕华一起,分别拿下了物理、数学、化学的国际奥赛金牌。下图是我校校史馆的资料:
从左至右为:吕华、杨桓、肖维
9901班的毕业照,不过很遗憾,
杨桓当时去印尼参赛,没有出现在照片中。
去年5月,我校110周年校庆之际,杨桓在加拿大前沿物理研究所接受了我们的采访,深情地回忆起附中的求学时光:
湖南师大附中培养我对物理的兴趣,培养我的自信,更重要的是锻炼了我的毅力,碰到困难的问题,不会想去逃避它,而是想尽各种办法去克服它。
......
来看看视频,“遥望”一下我们这位杰出的校友,看看与当年的他有什么变化:
杨桓与他的中学奥赛教练刘旭华老师在一起
3月15日,公众号 “ 小五爷园 ” 有一篇清华大学数学科学系本科三年级的张必豪同学的好文章,带大家一起走近这位为引力波研究做了许多幕后工作的学者--杨桓。小编也与杨桓联系过,获得了转载本文的许可,全文如下:
【五爷按】2016年2月11日,LIGO科学联盟主任David Reitze宣布他们找到了引力波,整个物理学界为了震动、狂欢。有一位来自清华的学者,在引力波发现的过程中,也做出了重要的贡献。今天,就让五爷带大家一起走近杨桓,这位甘为引力波研究做“垫脚石”的学者。
文/ 张必豪  数学科学系本科三年级
周围的空间和时间都在猛烈地震颤着,两个黑洞正在以不可思议的速度相互靠近着,它们的质量之和相当于60多个太阳。接着,它们碰撞,时空荡起层层涟漪。这些涟漪在接下来的13亿年里穿透星系和尘埃,向宇宙的各个角落传递着这场剧烈的宇宙独幕剧的讯息。
这种特殊的时空涟漪被物理学家称为引力波。2016年2月11日,LIGO科学联盟执行主任David Reitze宣布:我们已经找到了引力波,我们终于做到了!从此,继射电天文方法广泛应用后,又一只观察宇宙的眼睛睁开了。
这一刻,引力波天文学家们已经等了三十多年。而对杨桓来说,所有的努力都有了新的意义。
激光干涉引力波观测站两个干涉仪收到的引力波信号数据波形
杨桓于2002年进入清华大学数理基科班学习物理,两年后转入加州理工大学继续学业,之后又在加州理工大学完成了博士学业。博士期间,他在此次发现引力波的LIGO科学联盟的一个项目组中工作,发表了数篇与引力波探测项目相关的论文,涉及热噪声、量子噪声等多个课题。现在,他在加拿大前沿物理研究所从事着与引力波相关的研究工作。
杨桓的卧室打扫地十分干净,只是墙上挂着的一块小黑板还隐约留着一些演算过的痕迹。这几天,他的眼袋明显地肿了,据他说,这是因为得知引力波被发现的消息太过兴奋的缘故。说完后,他哈哈大笑。
标准学霸
清华两年的生活,离杨桓显得有些久远了。“记得当时除了偶尔打一打篮球,非典时还玩过一阵子电子游戏,时间基本上都花在物理上了。”“学霸”的学习习惯,带来的是不错的成绩。“基本上是年级前几名吧。”他回忆说。
杨桓十分喜欢清华里老师和同学互相讨论的学习氛围。他表示,对自己影响最深的是当时教量子力学的一位教授。“他课上得好,而且特别鼓励我们讨论。” 杨桓十分看重这种讨论:“上课只能学一个大概,其它都要靠和人讨论才能学到。”
大三时,杨桓转学到了加州理工大学。国外的学习生活,让杨桓最初有点不太适应。与想象的有所不同,加州理工的课业负担非常重,每一次作业都需要很长时间完成,课程中还会安排很多次小测验。“很多同学都要熬夜学习到凌晨两三点。”这让在清华习惯晚上十一点熄灯上床的杨桓十分惊讶,他也不得不开始熬夜拼搏。
除此之外,杨桓发现自己不得不找一项新的课外活动。杨桓放弃了篮球,理由十分简单:打不过。“同学的身体太强壮了。”杨桓苦笑着说。后来杨桓买了辆车,“周末可以出去逛逛。”
当然,也并不是所有事情都很艰难。杨桓发现自己在语言上障碍很小:“基科班都是英语教学,术语的英文翻译之前都接触过,所以在加州理工上课时基本没有语言上的麻烦。这让我很庆幸。”
场论,广义相对论……时间在课堂与图书馆里流转。一年之后,杨桓进入加州理工大学的一个项目组开始暑期实习,在那里,他第一次接触到了引力波的研究。
初识引力波
LSC(LIGO Scientific Collaboration, LIGO科学合作组织)是一个致力于引力波研究的国际科学合作机构。该机构规模十分庞大,合作科研组织数目达90所。清华大学也于2009年被LSC接受为正式成员,也是目前大陆唯一的LSC成员。
然而,在2000年以前,引力波一直被天文学家们看成是一个“偏门”领域。用牛顿力学就足以解释大多数天文现象的时代里,爱因斯坦的广义相对论所预测的引力波显得太微弱而又虚无缥缈。前人Weber堪称丑闻的失败实验,也使得希望在引力波研究到“金矿”的科学工作者弃若敝屣。
只有少数科学家对引力波仍对发现抱有乐观的心态,其中包括大名鼎鼎的Kip Thorne(基普.索恩,也是电影《星际穿越》背后的科学顾问)。也正是索恩,带杨桓走进了引力波研究的大门。
大三时的杨桓并不知道这个领域的情况。“当时啥都不懂,老师让我干嘛我就干嘛。”杨桓笑着说。他坦言自己当时进组并没有经过深思熟虑,只是想要“试一下而已。”
杨桓所在的课题组主要是从事理论工作,基本不参与实际实验。每天早上杨桓来到办公室,时间“并不会太早”,开始一天的工作,晚上往往会工作到十一点。“我比较喜欢在晚上的办公室里工作,因为那样清静许多。”杨桓说。
杨桓的工作最后受到了导师索恩先生的认可。“他是我最好的学生之一。”索恩如此评价杨桓。然而,杨桓似乎对自己并不满意,他认为这只是老师对他的鼓励。“他似乎对谁都是这么评价。”杨桓说,然后腼腆地笑了。
在组内的工作也并非一帆风顺。杨桓的一项工作是计算两个黑洞在接近时会不会发生角动量的突变——翻转。经过一段时间的努力,杨桓给出了否定的答案。然而前几年,杨桓听说有人写过一篇文章讨论这个问题,而结论却是黑洞在相互接近时会翻转。
“也许是自己当时哪里弄错了吧。”杨桓沉思着说。
迷茫与选择
快要毕业时,杨桓发现自己陷入了深深的迷茫。“我不知道自己以后想做什么。”
进入物理系学习,并不意味着一定会从事物理学方面的研究。“事实上,我觉得百分之八十的物理系学生,最后都没有去做物理研究。这个情况,无论中美都是一样的。”杨桓坦言。比如在杨桓所在的组里,“许多师兄都从事了别的行业。”
杨桓想到了自己的老师索恩,他发了一封邮件和老师沟通自己的人生安排。索恩并没有劝说他成为一个理论物理学家,而是给了杨桓一个邮箱地址。“那是索恩原来的一个学生,做过物理学家,后来去拉斯维加斯创业,已经成为亿万富翁了。”杨桓回忆道。在师兄的鼓动下,杨桓决定去华尔街“试一试”,当然,这也意味着放弃物理研究。
早上八点到地铁站,挤入熙熙攘攘的人群,八点半到达公司开始工作,下午六点钟下班。杨桓开始了新的生活。杨桓的工作是为股价预测建立模型,“有点困难,不过很有意思。”杨桓说。创建模型,修改模型,杨桓觉得这份工作有着另外一种成就感。工作组里有一个杨桓的曾经的师兄,所以杨桓与同事之间的接触,也十分愉快。
“我觉得我一直在那里做下去也是可以的,完全没有障碍。”杨桓想了下,补充道,“如果不是我不是学物理的话。”大概过了半年时间,杨桓觉得自己还是放不下物理。“有些东西你在做的时候可能没有什么感触,一旦放下真的舍不得。”杨桓反复追问自己,“我到底想要成为一个什么样的人?”有一天,他听到了回应:“我还是想继续做物理。”
就这样,在华尔街工作了一年的杨桓,又回到了加州理工大学继续他的物理研究。这次,他正式进入加州理工大学陈雁北教授的课题组里工作,在引力波项目中从事热噪声,量子噪声等方面的理论研究。
          杨桓以引力波为课题所写的博士论文
甘做垫脚石
尼采说:“我喜欢那些甘为人梯,功成身退的人。”翻开引力波的探索史,我们能看到一批又一批的前辈留下了他们的足迹,那些研究者可能从来都没有见过一点点引力波存在的证据。“无数的人做了大量的工作,然后他们离开了。”杨桓不无伤感地说。
杨桓曾经也考虑过,自己会不会成为一块垫脚石。“我问过自己,将来到底会是怎么样的?”杨桓说,“后来,我把我自己说服了。”杨桓反复告诉自己,如果引力波被发现将会有多大的科学意义,而引力波也必将会被发现。
“我们做物理的人就是有这么一个信念:它存在,并且迟早是要被探测到的。”杨桓说。
毕业后,杨桓选择去加拿大前沿物理研究所继续着物理研究。“我希望能花更多时间在物理研究上,所以不能保证为LIGO项目贡献出自己的精力了。”正如他在博士论文中说的那样,“十年磨一剑”,他还在积极磨砺着自己,劈开科学探索道路上的荆棘。
这几天,引力波被发现的消息以惊人的速度传遍了全世界几乎所有的社交网络。“消息扩散,媒体沸腾,我在北方的寒夜里四季如春。”杨桓在水木BBS上一篇帖子里这样描述自己的心情。
而此时此刻,全球各大实验室正在紧张地分析着LIGO项目探测到的数据。人类心智和汗水铸就的伟大传奇,还在继续书写着。
(“小五爷园” 原文编辑:常叶笛)
杨桓在美国西海岸
祝福杨桓,在探索科学的道路上,永攀高峰。
抛开我对科学家素来的敬仰,我仍然觉得,他们才是人类的希望。
湖南师大附中
来 源:校办公室编 辑:苏晓玲审 核:党委办公室
校址:长沙市岳麓区桃子湖路48号学校网址:http://www.hnsdfz.org微信号:hnsdfuzhong
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