制造一个假引力波信号,也可能不会

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还记得2016年2月发现的引力波信号吗?你肯定不知道的是,其实在五年前,他们就探测到过这样的信号——然而,那个信号是假的。而且它并非普通的假信号,是由一个专门设立的保密小组精心制作的。
为什么要和自己过不去呢?
这里是关于这个信号的故事。

(本文由 Nautilus 授权转载,译/姜Zn)实验科学家有时候是个吃力不讨好的工作。你可能在新闻头条中读过很多关于得出重大发现的实验报道,但是对于那些还没能观测到期望结果的实验者们,他们作出的努力(常常甚至是壮举)你可能知之甚少。

(本文由 Nautilus 授权转载,玛雅蓝/译)“你对多重宇宙有什么感觉?”在我们的晚餐谈话中,这个问题并非不合时宜,但它却问得我完全措手不及。不是没人问过我关于多重宇宙的问题,但是解释一个理论构造,和表达自己对此的感受,这还是挺不一样的。我能搬出所有的标准论证,列出多重理论所能解开的一个个谜团;我能在事实与术语之间穿梭自如,但说到它的意义,我却语塞了。

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这些在实验上付出的努力,有些跨越了几十年的时间,凝聚了几代人的劳动和专业知识。毫无成果的研究常常和世人皆知的大发现一样有科学价值:我们能了解到更多知识——自然世界不是什么样的,或者没有什么东西。但是倘若得到了一个正面的结果,则会对我们产生远为深刻的影响:它会改变我们对宇宙的认识,或我们在宇宙中的角色。

在物理学中,我们不该谈论自己的感受。这是一门实事求是的、量化的、经验主义的科学。但是,哪怕是最为公正客观的分析,也是在我们决定选择哪条路径之后才开始的。当一片领域诞生之时,往往会有多个观点供我们考虑,每个都有其优势,而我们的直觉往往被其中一个吸引。感情战胜了逻辑,引导我们作出了这个选择。正如斯坦福大学的物理学家莱纳德·索斯金德(Leonard Susskind)所说,你选择哪个方向“不仅仅和科学事实和哲学原则有关,还与所谓的科学品位有关。而且,就像所有关于品位的争论一样,它也涉及人的审美”。

(本文由 Nautilus 授权转载,译/玛雅蓝)

以下是7项还在进行中的实验,它们目前都还没有找到想找的答案。但这些实验全都因设计精巧和充满野心而出众,不难想象为什么这些实验能够坚持不懈地持续推进了。

图片 4无限的星系:草帽星系这样的星系填满了我们目光所及的空间,并且它们可能还存在于更远的地方。图片来源:NASA/ESA and The Hubble Heritage Team(STScI/AURA)

凌晨2:40,我被电话铃声吵醒。我们中总有至少一个人当班,而2010年9月的那个晚上,我自愿回应来自警报系统自动发送的信息。

为了“照亮”暗物质,把一箱液态氙埋到地下

科学家们推论,所有我们能观测到的星系都被宇宙中的某种结构支撑着,而构成这种结构的则是暗物质的“细丝”。环绕着各个星系的暗物质圈提供了额外的引力,使得恒星得以绕着星系的核心旋转。但是我们从未直接探测到过暗物质。过去的几十年里科学家们做出了许多尝试,试图通过暗物质与普通物质间极弱的作用来探测暗物质,但是全都一无所获。

在暗物质的诸多可能的存在形式中,所谓的弱作用重粒子(WIMP)对于粒子物理学家是比较可信的形式之一。LUX(“大型地下氙实验”)的实验场所的前身是一处矿井,位于美国南达科他州的地下1510米处;它给暗物质探测实验设立了相当高的标准。LUX由大约三分之一吨的液态氙和探测器组成。它被密封在一个装有72000吨高纯度水的容器中,水的作用是过滤掉有干扰性的宇宙射线。环绕在液态氙周围的探测器极其灵敏,能够捕捉到暗物质与哪怕一个氙原子碰撞所放出的微弱光线。

由于LUX没能探测到暗物质,科学家们计划对它进行升级——升级后的LUX-Zeplin实验会使用约20倍于LUX的液氙量。至于LUX-Zeplin能否有LUX没能取得的发现,目前仍未可知。大自然似乎有着嘲弄科学家的梦想和希望的嗜好。

我自己的研究与弦论有关,而弦论的一个特征观点就是在我们的宇宙之外,还存在许多逻辑上一致的宇宙版本。创造我们的宇宙的过程,也能把其他的可能性化为现实,创造出其他无数个宇宙,在那些宇宙中任何可能发生的事情都会发生。论证的链条从我熟悉的地方开始,随着方程不断展开,奔向这个奇特的结论,我也能跟上那令人眼花缭乱的过程。但是,虽说我能把这个“多重宇宙”当成一种数学上的构造来理解,但是我无法真的相信它会脱离理论的范畴,在物理现实中现身。无数个复制版的我可能在无数个平行世界中游荡,作出一个个与我相同或者不同的决策——我怎么能假装坦然接受这一事实呢?

当时我(乔纳)还是研究生,已经为两个引力波观测台LIGO(激光干涉引力天文台)和Virgo(处女座干涉仪)开发了第一个快速响应警报软件流水。这个系统的设计目的是在数据到达的时候搜索其中的天体物理信号,通知相关人员来检查信号是否有效,必要的话它还会把信息共享给全世界的天文学家。每次警报都包含了探测为真的可能——人类首次直接观测到引力波通过时空涟漪传播,正如爱因斯坦在1916年所预言的那样。

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