2016年，当科学家宣布探测到黑洞合并辐射出的引力波时，这个振奋人心的消息瞬间占据了世界所有媒体的头条。爱因斯坦在一百年前预言的时空中的隐形涟漪终于被确认。2017年5月31日，激光干涉仪引力波天文台（LIGO）和室女引力波探测器（Virgo）的科学家进行了一次低调的电话会议，确认发现了第三次引力波事件GW170104，标志着引力波的时代正式来临。未来，升级后的LIGO预计会频繁地探测到引力波事件，为探索宇宙黑暗的一面打开一个新的窗口。
△ 当地球还处于太古宙时期，在遥远的宇宙中，两个质量分别为31.2和19.4个太阳质量的黑洞合二为一，产生了一个48.7太阳质量的黑洞。在合并的那一瞬间，以引力波的形式释放出了近2个太阳质量的能量，并以光速传播在广漠空旷的空间中。经历30亿年的时间，这些引力波终于在2017年1月4日抵达地球，穿过了位于美国的引力波探测器。（图片来源：LIGO）
这是由好奇心驱动的基础科学研究的一次非凡成就。基础研究（通常也被称为“蓝天研究”，指由好奇心驱动的科学，没有一个明确的目标）与应用研究截然不同，后者旨在开发先进的技术来解决特定的问题或制造新的产品。
但它们之间却有着紧密的联系。
正如诺贝尔得主Frank Wilczek所说：“应用研究就像是在探索已知的大陆，而基础研究则像置身于一艘刚出发的船，看它能带我们走到哪里。 你可能最终会返回起点，可能在海上沉没，也可能会发现一个全新的大陆。所以它更长远，也更冒险，并且不是每次都能有所收获。而当有所收获时，它将为那些启航前往未知领域的人带来无限的可能。”
大多数物理学，特别是粒子物理学，都属于基础研究的范畴。马里兰大学的理论物理学家 Jim Gates 说：“在粒子物理学中，我们追问的是跟物质和能量的本质有关的那些最深刻的问题，并最终涉及到空间和时间，因为所有这些问题都是紧密联系在一起的。”
物理学家追问那些与早期宇宙相关的问题，他们想知道暗物质的本质，研究像超对称、弦理论和额外维度这样的理论现象。从事基础研究最知名的的科学家之一便是预测了引力波的存在的爱因斯坦。
爱因斯坦一生都致力于解释那些最基本的概念，如引力的本质和时间与空间之间的关系等。根据Wilczek的说法，“很显然，爱因斯坦所做的一切并不为制作什么产品亦或是任何如此世俗的东西，而是解决我们无法理解的难题，弥补我们认知上的瑕疵。”
除了提升我们对世界的认知外，爱因斯坦的发现实际上带来了许多重要技术的发展。例如，如果没有狭义和广义相对论，全球定位系统（GPS）就不可能存在。 一个GPS接收机（比如我们手中的智能手机）是根据环绕地球的四个GPS卫星收到的实时信号来定位。由于卫星移动的速度非常快，以及卫星感受到的引力强度不同，因此它们与地球表面上的接收机会经历不同的时间流逝。多亏了爱因斯坦的理论，工程师可以计算和纠正这种时间差，否则将失之毫厘，差之千里。
△探索无人涉足过的海域，或许会有意外的收获。（图片来源：Corinne Mucha）
在基础研究中获得意外发现有着悠久的历史。例如1989年在欧洲粒子物理研究所CERN，计算机科学家 Tim Berners-Lee 正在寻找一种促进研究人员之间信息共享的方式，结果他发明了万维网。
在20世纪30年代，当哥伦比亚大学的科学家们试图在磁场中研究核的性质时，物理学家 Isidor Isaac Rabi 却发现了核磁共振的基本原理。这些理论最终为核磁共振成像（MRI）奠定了基础。
核磁共振成像机需要巨大的超导磁体才能运行，在核磁共振成像机器还没被广泛运用的另一个50年前，基础研究再次发挥了巨大作用。大概在 Rabi 的发现被用于研究医学成像的同一时间，美国能源部的费米国立加速器实验室的科学家和工程师正开始建立 Tevatron 粒子加速器，用来研究粒子的基本属性，而这项任务的完成需要是用大量超导线材料。
费米实验室的理论物理学家 Chris Quigg 说：“当时我们是超导电缆的第一大客户，花了大量的钱来获得所需的性能。” Tevatron创造了超导线的商业市场，从而让商业公司在像医院这样的地方大规模的建立核磁共振成像机器成为可能。
医生现在使用核磁共振技术来对人体内部进行清晰地成像，有效地帮助医生诊断和治疗各种疾病，包括癌症、心脏问题和器官疾病（比如肝脏，胰腺和肠道中的疾病）。
粒子物理学所衍生的另一项被广泛用于各种行业的工具是粒子探测器。在20世纪80年代，粒子物理学家研发出足以精确地探测到单个光子的技术。现如今医生使用同样的技术——即正电子发射断层(PET)扫描，来进行肿瘤、心脏病和中枢神经系统疾病的探测。在进行 PET 扫描之前，医生会通过注射、服用、或吸入的方式给患者输入具有放射性示踪剂的染料。示踪剂会释放反粒子，在与物质粒子相互作用的过程中释放出光子，让 PET 扫描仪观测到，从而构成一副足以在细胞层面上揭示问题的详细图像。
正如 Gates 所说，“不断探求基础研究是让科幻小说中出现的那些设备和概念成为现实的唯一途径。如果我们现在不进行研究，未来也无法建造星际飞船。”
目前我们还不确定引力波的存在能为人类带来什么样的实际应用，但或许能进一步学习到跟宇宙有关的新知识就已足够。我们期待它能为黑洞、中子星、超新星、弦理论、膨胀宇宙、大爆炸回声以及引力子等研究领域带来新的启示。
人类科技进程的历史教给我们的是，继续探索吧，我们会在探索之路上受益无穷的！
参考来源：
http://www.symmetrymagazine.org/article/how-blue-sky-research-shapes-the-future
https://www.ligo.caltech.edu/news/ligo20170601
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