“解密”引力波发现的“暗战”“风声”

上个世纪60年代,科学家第一次检测到了天体脉冲星的信号,他们曾怀疑这是外星人发出的短促而有节律的信号,遂将信号源命名为“小绿人”,人们现在知道,快速旋转的中子星中发出了规则性的闪现。在天体物理学的研究中,科学家将精确性闪现的脉冲信号看成是对天体运行进行检测的时钟。在英国曼彻斯特附近的焦德雷尔·班克天文台,天文学家对中子星的“宇宙时钟”功能产生了浓厚的兴趣,他们期待在脉冲信号的检测中发现引力波的蛛丝马迹。

引力波通常被科学家比喻为宇宙时空海洋的涟漪,在两个相互旋转的大质量天体之间,人们有可能检测到引力波的信号。曼彻斯特大学焦德雷尔·班克天文台的科学家本·斯塔克斯将水池里的涟漪比作是看不见的时空引力波,“引力波涟漪”好似池塘水面在受到石子的击打时产生的波纹。斯塔克斯参加了欧洲科学团队的一个研究项目,欧洲脉冲星阵列(EPTA)确立了项目研究的目标,对脉冲星信号抵达地面的时间微弱变化进行检测,在脉冲星信号源和地球接收器之间寻找引力波传播的信号。收集脉冲星信号的射电望远镜系列分别位于英国、德国、法国和意大利。

欧洲EPTA项目不是唯一搜索引力波的项目,国际观测合作的项目包括美国的银河系外宇宙背景成像偏振信号望远镜(BICEP2),早在2014年的3月,BICEP2科学团队声称,他们找到了原初引力波的证据,美国科学家声称,他们在宇宙微波背景辐射(CMB)中观测到了偏振信号,这些偏振信号受到了引力波激发的直接影响。欧洲普朗克卫星之前的观测数据显示,偏振信号可能从银河系内的灰尘和浮云发出,偏振信号不足,难以证实原初引力波的存在。

欧洲普朗克卫星的科学家和美国南极引力波天文台的科学家出现了争执,双方的争执起到了“催化剂”作用。国际射电天文学领域的科学家加快了引力波搜索的步伐,在普朗克卫星和南极天文台的数据中找到了两者差异的原因,BICEP2项目团队使用了架设在地面的南极天文台,而普朗克太空望远镜在太空翱翔,两只科学团队渴望尽早发现CMB信号的细节变化。

EPTA是一个跨国性的欧洲合作项目,脉冲星天文学是项目团队主要的研究对象,通过整合欧洲成员国和天文观测机构的资源,脉冲星检测的精确性得到提高。EPTA项目团队关注的焦点是应用脉冲星的精确时钟特性,直接探测引力波存在的可能。难以在短期内实现拟定的研究目标,科学家进行了长期的定时观测和数据分析。脉冲星的信号源“居无定所”,分散在宇宙的各个方向、位置,比如:星系的合并过程通常伴随了两个原初黑洞的合并,两个黑洞的合并过程产生了随机性的引力波信号,它们渗透到了宇宙太空。

一旦引力波信号对准了地球,科学家将会接收到引力波信号。脉冲星的计时功能被用来检测引力波的存在,关键是确保脉冲星信号计时的高精度。目前还不能确定,EPTA和BICEP2科研项目,哪一个可能更接近引力波发现的目标、更好地解释引力波物理学,科学家和社会公众都在等待最终的检测结果。科学发现注入了科学竞争的元素,经济竞争推动了社会的发展,科学竞争推动了科学发现的进程。科学发现的竞争可以是自发形成的,可以是有组织的行为,无论是个人的还是组织的行为,推进经济和科学进步的竞争值得赞美和鼓励。

科学进步得益于科学发现,每个科学家和每个科学团队都有可能取得科学发现的成果。引力波的证实或证伪都有极高的科学价值,有些科学家和科学爱好者相信引力波的存在,有些科学家和科学爱好者则否认引力波的存在。爱因斯坦最早预言了引力波的产生,但有关引力波真实与否的争论从未停止,检测技术的提升加速了引力波发现的进程。持反对意见的人士认为,引力波的搜索耗费了大量资源,持赞成意见的人士认为,引力波搜索项目属于重大基础性的研究课题,值得投入大量的科研经费。

(2014-10-20)