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导读
袁岚峰和诺贝尔奖得主巴里·巴里什对话，解读引力波。本期为第三期，第一、二期见：（《引力波有什么魅力？物理诺奖得主巴里·巴里什独家解读 | 科技袁人》《探测引力波到底有多难？诺奖得主大赞中国引力波探测项目 | 科技袁人）》。
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本视频发布于2021年11月5日，观看量已超115万
精彩再现：
袁岚峰：我们的节目经常有我跟著名科学家的对话，世界顶尖科学家协会与今日头条帮我联系到了一位诺贝尔奖得主巴里·巴里什(Barry C. Barish)，他和另外两位科学家雷纳·韦斯（Rainer Weiss）和基普·索恩（Kip Stephen Thorne），因为探测到引力波获得了2017年的诺贝尔物理学奖，实际上我以前就见过他们，2017年12月18日，中国科学技术大学上海研究院举办了一场“引力波大会”，邀请这三位诺贝尔奖得主演讲，潘建伟作主持人，当时我就在现场，后来把这次后来把这次经历写成了一篇文章，《听三位诺贝尔奖得主讲引力波》，不过当时我并没有提问，因为我觉得这样的机会最好留给公众，专业的科学家有的是机会交流。果不其然，四年后，在第四届世界顶尖科学家论坛即将召开之际，我要和巴里什教授进行一次深入的对谈。四年来，引力波科学取得了很多新进展，但大多数公众对这个领域仍然感到很神秘。下面，我们就来和巴里什教授连线。
袁岚峰：这太有意思了。探测引力波的故事非常有趣。第一个引力波信号是在2015年9月14日探测到的，在LIGO升级为Advanced LIGO后的仅仅几天后，对吧？这是令人吃惊的幸运。你们当时做了大量的检验工作，确认这不是误报或有人故意输入数据造成的假事件。因此，你们直到2016年2月11日才公布结果。尽管当时中国正处于春节期间，但中国人民仍以极大的热情扩散了这个消息，我对此留下了深刻的印象。然而另外一方面，此后仍然有人怀疑你们的结果。请问目前状况如何？对这种怀疑，你们如何看待？
巴里·巴里什：哦，好吧，让我回答一下。首先，现在已经没有争议了，所以让我从头开始说。我们至今已经探测大约100个引力波的例子。当你看到第一个例子时，人们会提出质疑，但现在你们已经看到了很多经过很多核查的例子，所以现在已经没有争议了。
一开始，正如你所说，我们打开几天前刚升级的设备就探测到了一个引力波，所以不要说是别人，即使是我们自己也不得不担心这个经过许多改动的仪器是不是在自己发出某种信号。为了否定这种情况，我们不得不认真检查。
第二，总是存在另一种可能，即其他人故意把这些事件输入到我们的数据中。所以我们不得不花时间向自己证明两件事，一是这个信号不是仪器自身产生的，它是一台新仪器。此次检查花费了大约一个月的时间。我们进行了各种调试来理解和获取足够的数据。这样我们才可以相信信号不是机器自己发出的。我们做到了。
第二点，我们追踪第一个事件不是只到计算机，而是更往前，因为我们有一个记录，它一直追溯到仪器中，以向我们自己证明它来自仪器，而不是来自某个人，他想愚弄我们，通过某种方式将它放到了我们的数据中。我们做到了这两点，在探测到引力波后的大约一个月内，这没有把我们带到2016年2月，而是在2015年10月左右。
然后，当我们确信我们的发现是真实的，我们做了个自私的决定。自私是什么意思呢？因为我们并没有立刻向世界宣布我们看到了某些东西——这样其他人会弄清它是什么，我们打算花所有可能的时间来自己理解这个事件的物理原理，然后我们做到了。如果你读了2月份发表的文章，你会发现给出了一个很好的描述：这个引力波来自两个黑洞的合并，发生的概率，发生的背景，还有一些特征，比如它离我们有多远等等。所有这些结论都来自我们的分析。我们想亲自分析，而不是让其他人来做。在这个意义上，我们是自私的。
第三，在科学上，尤其是当你有重要发现时，你需要把它发表在一家声誉卓著的期刊上，因此，在确信我们已经理解了其中的物理原理之后，这个任务几乎占据了整个11月和12月。
我们说我们要尽可能好地把它写出来，然后提交给一家杂志。在我们的情况中，我们选择的杂志是一家美国杂志，《物理评论快报》，它是一家非常有名的杂志。我们希望这家杂志社能允许我们的文章比他们通常要求的要长，因为他们通常设有一个字数上限（袁岚峰：四页纸）。但我们在没有告诉他们结果的情况下，要求更长的文章是有原因的，这个原因是我们知道我们会有一个广泛得多的读者群，不仅仅只是引力波领域内那些必须要读这篇文章的专家。所以这文章的写法必须是，技术专家能获得他们需要的信息，而其他人可能更像你，即这个领域之外的人，至少能够理解我们做的一大部分事。
所以我们写得非常仔细，以使得它同时适合你们，以及适合真正的技术专家。我们刚好在美国的假期即圣诞节和新年开始前写完了文章，然后准备提交给《物理评论快报》。杂志社告诉我们，他们找不到人审稿，因为假期即将来临。因此，我们没有在12月交给他们。尽管我们在12月1日写完了文章，但在1月前，我们都没有提交，因为我们想要保密，我们在1月将它提交给了《物理评论快报》，然后他们又花了两周左右的时间让审稿人审稿，诸如此类。
然后，因为给我们钱的人，即美国国家科学基金会，希望在一个重要的新闻发布会上公布这一消息，所以公布日期就定在了2月11日。这就是为什么尽管我们9月就发现了引力波，但要到2月11日才公布。最后，我们在2016年2月11日公布了这一发现。
袁岚峰：是啊，我看到了。
巴里·巴里什：然后，那时候其实我们已经观察到了第二个事件，但我们没有宣布。到目前为止，我们已经观测到了近100个不同类型的事件，不仅仅是黑洞。所以现在我认为毫无疑问，引力波是存在的，人们是在研究它的科学。但在一开始，丹麦有一群严肃的科学家试图证伪我们的结果，他们认为我们对数据的分析是错误的。这就是做科学的方法，这是好事。你希望有人质疑你，但他们不能否定这一发现，因为它是正确的。
袁岚峰：是的，是的，我在诺贝尔奖网站上您的自传中看到了这个故事，这是一个极其有趣的故事。但另一方面，对一些人来说，最好的结果就是同时收到引力波的信号与电磁波的信号，因为在这种情况下，你可以确信信号是真实的。
巴里·巴里什：是的，当然，自最初的发现和获得诺贝尔奖后不久，我们宣布我们发现了刚才你说的情况。我们看到了一个不同的事件，黑洞不会发出任何望远镜能探测到的信号，但我们看到的不是黑洞，而是两个我们称为中子星的碰撞。
袁岚峰：对的。
巴里·巴里什：幸运的是，与此同时，在观察所谓的伽马射线爆发时，天文仪器在两秒钟内在天空的同一个地方看到了一个信号。有一个有趣的要点，我们不需要计算太多就能得出，那就是天文学家看到的信号是在我们看到的信号之后1.7秒。这两种信号的物理原理是不同的。引力波来自这两个物体合并。而根据定义，光信号是在此后产生的，因为根据核物理学，两者合并之后会发出光子。因此，我们不知道光信号会在引力波出现后多久产生，但预计是晚一点。
但从这次事件中，我们也可以分辨，因为我们用不止一个探测器探测到了它们。这个信号来自哪里？它来自1.5亿光年之外。1.5亿光年大于10的15次方秒【注释：在这里他想表达的是时间“年”而不是距离“光年”】，因此，在10的15次方秒中的一秒内，光和引力波以相同的速度传播，这是爱因斯坦告诉我们的，但这是一个非常简单的证明，在非常高的精度上，我们现在知道引力波以与光相同的速度传播。
袁岚峰：这很有趣，那么现在有多少同时观测到引力波和电磁波的类似事件呢？
巴里·巴里什：是的，我们不止一次观测到了中子星碰撞，但是其他事件的发生地点离我们有点太远，无法被天文学家观测到。因此，到目前为止，这是唯一一次同时观测到引力波和电磁波的事件。
袁岚峰：目前为止只有一次？
巴里·巴里什：是的，只观测到了一次。我们还观察到了一个黑洞与中子星相撞的事件。要不是这一事件过于遥远，天文学家本是可以观测到的。我们可以看得比望远镜更远。因此，我们看到的事件可以是远到望远镜看不见的。
袁岚峰：所以如果有一个是黑洞，那么无论另一个是黑洞还是中子星，黑洞都会吞噬所有东西，这样就不会产生电磁波，对吗？
巴里·巴里什：正是如此。这意味着没有电磁波，如果是黑洞，那么确实没有电磁波，没有光。但是根据我们对科学的理解，黑洞不会辐射电磁波。但许多黑洞是很近的，它们原本可能是被天文学家看到的，但天文学家没有看到任何东西。没有人发布过声称对某个黑洞事件观测到黑洞电磁信号的论文，所以黑洞确实是黑的。但是中子星是现在所有天文学家都可以看到的，在各种不同的波长，包括射电，包括高能光子，包括中间的微波，用你能想象的每一种方式，他们能够看到中子星的电磁信号，所以我们在进行非常详细的研究。
好的，另外，对于人们来说，我们除了通过简单的论证证明了引力波与光以同样的速度传播这一点之外，我们可能还解决了一个没有人能够预测和解释非常古老问题，那就是在地球形成时，那些我们曾经如此喜欢的重元素，比如金或铂，进入了地球，它们是如何到那里的？因为太空中有各种各样的物质，但宇宙的大部分物质是由氢和氦等非常轻的元素构成的。重元素来自恒星，但是我们了解恒星的燃烧过程，恒星是通过所谓的聚变过程燃烧的，而聚变最多能生成铁，不是吗？那么其他更重的元素是从哪里来的呢？
当然，我们有一个元素周期表，其中有些元素的原子序数超过100，它们是很重的元素。但是这些元素是在实验室中产生的，而不是在自然产生的。所以，你可以制造重元素，但那些天然的重元素是如何进入地球的呢？
事实上，实验室里的制备方法通常是，把大量的中子向重元素散射，然后得到了一个更重的元素，然后你给它起个名字，做出发现，如此等等。但后来发现，中子星合并非常像我们在实验室制造重元素的方法，即拿一束中子散射它们。尽管我们还不能通过计算证明，但是基于这次单个事件的最佳计算结果表明，它可能正确也可能不正确，这次事件产生了100个地球体积的黄金和地球大小的黄金。仅仅是从一次碰撞就产生了整个地球大小的黄金。因此，很久以前发生的类似碰撞可能是深受我们喜爱，并被我们用作珠宝的重元素进入地球的方式。
袁岚峰：是的，所以我们都来自恒星。
巴里·巴里什：是的。
袁岚峰：刚才的对话让我想起了一个问题，欧洲的VIRGO是否检测到了第一个信号？
巴里·巴里什：没有。我们的探测器比地球上的其他探测器要灵敏得多。幸运的是，我们刚才谈论的那颗中子星恰好位于一个非常有利于他们观测的位置，所以他们能够看到它。LIGO的灵敏度，大概是，我不知道，VIRGO的三倍。这意味着我们能观测得远三倍，所以我们观测到的大多数事件是他们看不到的。他们的灵敏度不够。我们希望他们可以改进灵敏度，这样我们就会有三个探测器。LIGO和VIRGO的一些技术是不同的。
袁岚峰：我明白了。所以对于第一个信号，你们只有两个点，即只有利文斯通和汉福德，对吧？
巴里·巴里什：对的。
袁岚峰：那么，你们是如何计算距离的呢，既然你们只有两个观测点？
巴里·巴里什：哦，是的，那个距离不是由三角法得出的，而是由信号的振幅算出的。引力波信号的振幅与距离成正比，一旦你确定了其他参数，并知道它有多大，等等，所以对信号振幅的探测，是我们一些信息的来源。
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背景简介：袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，中国科学技术大学科技传播系副主任，中国科学院科学传播研究中心副主任，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，中国科普作家协会理事，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。
责任编辑：杨娜
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