雷鋒網(wǎng)按：本文來(lái)自知社巴特原創(chuàng)。

5月12日，已經(jīng)75歲高齡的基普·索恩 (Kip Thorne) 拜訪了美國(guó)查普曼大學(xué)，作了一場(chǎng)有趣的演講。在加州理工講了50年理論物理的索恩，其最大的樂趣就是和各個(gè)領(lǐng)域的藝術(shù)家合作，將他所了解的物理學(xué)廣為傳播。電影、繪畫、詩(shī)歌、書籍，他樣樣不落?！拔乙恢毕矚g并致力于同藝術(shù)家合作，并努力通過(guò)藝術(shù)和音樂來(lái)傳播科學(xué)的觀念。想要展現(xiàn)科學(xué)，你有很多種方法?！?/p>

另外，身為L(zhǎng)IGO引力波探測(cè)項(xiàng)目創(chuàng)始人之一，他又有著怎樣獨(dú)特的看法呢？

在索恩看來(lái)，“數(shù)學(xué)是一種終極的語(yǔ)言。在數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)際觀測(cè)，我們就能知道自己是不是走在正確的軌道上?！?/span>

不過(guò)，無(wú)論索恩還是他的那些同事和伙伴——比如斯蒂芬·霍金和卡爾·薩根——他們都明白，如果僅憑數(shù)學(xué)去研究這黑暗而神秘的宇宙，進(jìn)度將會(huì)非常緩慢。

“我們必須利用起直覺，跳躍性地猜測(cè)我們要研究的方向，”索恩說(shuō)，“而這要靠視覺化進(jìn)行展現(xiàn)，比如人工繪畫，或者計(jì)算機(jī)作圖。這是我們所用的重要工具，并非只是展示給非專業(yè)學(xué)者，這是數(shù)學(xué)之外的另一種語(yǔ)言?！倍鞫髡蔷ㄟ@兩種語(yǔ)言的男人。

“對(duì)我來(lái)說(shuō)，科學(xué)是我的事業(yè)，而與藝術(shù)家們的合作是將科學(xué)的力量與美傳達(dá)給大眾的重要途徑。我作為物理學(xué)家在加州理工已經(jīng)工作了50年。從大眾角度講，我所從事的領(lǐng)域?qū)τ诋?dāng)今和未來(lái)的文化都非常重要?！?/p>

| 打造星際穿越

2014年，索恩作為執(zhí)行制作人，幫助導(dǎo)演克里斯托弗·諾蘭 (Christopher Nolan) 創(chuàng)作出膾炙人口的科幻電影《星際穿越》。然而這并不是索恩首次涉足影視，早在30多年前，卡爾·薩根就把索恩和電影制作人琳達(dá)·布斯特  (Lynda Obst)“撮合”到一起。1997年時(shí)，她曾參與制作科幻影片《接觸》，其中用于時(shí)空穿越的蟲洞理論就來(lái)自索恩的幫助。

當(dāng)作為《星際穿越》的執(zhí)行制作人時(shí)，索恩發(fā)揮的作用重要了很多。

他首先為電影設(shè)定了兩條基本原則：一切都不能違反物理學(xué)定律；想象內(nèi)容也需要良好的科學(xué)支持，不能憑空想象。

“導(dǎo)演對(duì)此的態(tài)度是，只要不妨礙制造一部精彩的影片，他都沒有意見。”索恩介紹，“不過(guò)片中確實(shí)有幾個(gè)地方從科學(xué)上講有點(diǎn)夸張了，不至于講不通，但發(fā)生的可能性確實(shí)不大?！?/p>

基普·索恩和導(dǎo)演克里斯托弗·諾蘭

當(dāng)時(shí)最大的分歧就是，諾蘭想讓宇宙飛船超越光速飛行，索恩的態(tài)度則是：別想。

“有時(shí)候我會(huì)說(shuō)，‘我不認(rèn)為這行得通，那肯定要嚴(yán)重地違反物理學(xué)定律?！彼鞫骰貞洠叭缓髮?dǎo)演會(huì)這么說(shuō)，‘去算一下是不是真的不行？’于是我跑去計(jì)算一番，回來(lái)告訴他：‘看來(lái)是我錯(cuò)了，這確實(shí)可行?！?/p>

對(duì)于超光速的飛船來(lái)說(shuō)，顯然，計(jì)算結(jié)果很明確：不可能。不過(guò)索恩在此事上和諾蘭爭(zhēng)執(zhí)了兩三周，直到諾蘭妥協(xié)。

由保羅·富蘭克林 (Paul Franklin) 帶隊(duì)的視覺效果團(tuán)隊(duì)和索恩也有著密切的合作。在索恩的計(jì)算基礎(chǔ)上，他們將那些基于愛因斯坦光傳播理論的概念轉(zhuǎn)化為真實(shí)具體的描繪，這包括《星際穿越》中的黑洞和蟲洞等等。在索恩看來(lái)，片中的黑洞卡岡都亞 (Gargantua) 可謂最迷人、最令人信服的一個(gè)版本。當(dāng)然，最精確的描繪還是得去找天體物理學(xué)家才能看到。

黑洞卡岡都亞，《星際穿越》

在那之后，索恩開創(chuàng)性地發(fā)表過(guò)兩篇論文，一篇是寫給天體物理學(xué)家的，一篇是寫給電影制作人的，告訴他們要如何開發(fā)和使用這些需要把物理學(xué)和電影制作相結(jié)合的技術(shù)。

然而人類能否真的進(jìn)行星際旅行呢？索恩是這樣看的：

“我想這很可能實(shí)現(xiàn)，但至少要在三百年以后。那確實(shí)非常非常難?！?/span>

| 書寫引力的詩(shī)歌

目前，索恩與查普曼大學(xué)美術(shù)教授利阿·哈洛倫 (Lia Halloran) 正在合力打造一本科普讀物《The Warped Side Of Our Universe》，書中既有索恩的精湛文筆，又有哈洛倫的美妙繪畫。

用索恩的話說(shuō)：“這本書中包含著大量精美圖畫，利阿描繪了宇宙的方方面面，我負(fù)責(zé)配上詩(shī)歌，解釋那些繪畫背后的真實(shí)故事。我從沒有想象過(guò)自己能夠?qū)懺?shī)，要知道我唯一寫過(guò)的就是給妻子的一首情詩(shī)。這次創(chuàng)造完全是一種自然的反應(yīng)?！?/p>

哈洛倫也介紹：“這就像是一種視覺上的反復(fù)。基普對(duì)我的繪畫創(chuàng)作做出了很多貢獻(xiàn)，而我也為他的寫作提供一些建議?！?/p>

基普·索恩 (中)，利阿·哈洛倫 (右)

說(shuō)到寫作，索恩起初是以散文來(lái)陪襯哈洛倫的繪畫。不過(guò)他發(fā)現(xiàn)自己那種短小精悍的風(fēng)格看起來(lái)更像是詩(shī)歌，于是決定一試。在現(xiàn)場(chǎng)，索恩為大家朗讀了他的詩(shī)歌片段。他竟然能夠?qū)⒛切?fù)雜的科學(xué)理論轉(zhuǎn)述為簡(jiǎn)潔有力的韻文，在場(chǎng)觀眾無(wú)不為之贊嘆。

被吸入黑洞的幻想畫，利阿·哈洛倫

| 關(guān)于引力波的看法

今年2月，我們見證了LIGO發(fā)現(xiàn)引力波的新聞發(fā)布會(huì)，索恩就坐在其中。對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，引力波進(jìn)入視野不過(guò)幾個(gè)月的時(shí)間。而對(duì)于索恩來(lái)說(shuō)，早在1984年，他就作為聯(lián)合創(chuàng)始人開始為L(zhǎng)IGO項(xiàng)目的啟動(dòng)而奔走。時(shí)隔三十余年，也就是2015年9月14日，那令人難以置信的消息終于傳來(lái)。人們?yōu)橹d奮，但恐怕沒有人能夠真正體會(huì)到索恩的心情。

“當(dāng)我們從70年代開始籌劃引力波探測(cè)項(xiàng)目時(shí)，我就知道，這一天終究會(huì)到來(lái)。我曾經(jīng)非常確定我們最先看到的將會(huì)是雙黑洞的碰撞。回首過(guò)往的努力，我非常滿足?！?/p>

在發(fā)現(xiàn)引力波的消息公布后，英國(guó)《觀察家報(bào)》曾對(duì)索恩進(jìn)行了采訪，讓我們看看這位老人家又是如何看待這一切的。

Q：首先，愛因斯坦的廣義相對(duì)論到底是什么呢？

它是所有物理學(xué)定律的框架和準(zhǔn)則，除了量子定律。有人可能會(huì)說(shuō)：“這是愛因斯坦關(guān)于引力的理論”，實(shí)際上遠(yuǎn)不止如此。他創(chuàng)造這一理論是為了解釋引力，但實(shí)際上這個(gè)理論的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了預(yù)期。它告訴你自然界中所有其他定律是怎樣被納入時(shí)間與空間的。

對(duì)于經(jīng)典領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，這是描述大自然的最精確的方法。那些微觀世界的事情另當(dāng)別論，比如分子和原子級(jí)別。

Q：愛因斯坦的理論與引力波有著什么關(guān)系呢？

愛因斯坦是在1905-1915年那段緊張工作的時(shí)期完成了他的相對(duì)論。理論的最終完成是在1915年11月，到今天剛好100年多一點(diǎn)。在那之后，他開始運(yùn)用他創(chuàng)造的這些理論來(lái)思考與預(yù)測(cè)問(wèn)題。他所做的最重要也是最后一個(gè)主要預(yù)言就是引力波的存在。1916年6月，他做出了這一預(yù)測(cè)，現(xiàn)在正好是一百周年。

愛因斯坦仔細(xì)思考了這一預(yù)測(cè)，審視了當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，研究了宇宙中產(chǎn)生引力波的條件，最終得出判斷，我們無(wú)法找到引力波。我們沒有足夠精確的技術(shù)進(jìn)行探測(cè)。

然而他錯(cuò)了，去年9月，我們首次成功探測(cè)到了引力波。

Q：從愛因斯坦提出的預(yù)測(cè)到最近引力波的發(fā)現(xiàn)，期間引發(fā)這一突破的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是什么？

我想這其中有幾個(gè)重要節(jié)點(diǎn)。最關(guān)鍵的兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)來(lái)自兩個(gè)關(guān)鍵人物。首先是約瑟夫·韋伯，他在1960年左右設(shè)計(jì)出一個(gè)看起來(lái)能夠捕捉到引力波的方法，并且開始努力尋找它們。他是第一個(gè)質(zhì)疑愛因斯坦論斷的人，認(rèn)為我們可以實(shí)現(xiàn)探測(cè)引力波的技術(shù)。韋伯并沒有見到引力波，他一度認(rèn)為自己看到了引力波，但實(shí)際上并沒有，真實(shí)的引力波比他設(shè)想的要更弱。但是他打破了這種“不可能”的觀念，激勵(lì)了很多人，其中就包括我。

第二個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)是麻省理工學(xué)院萊納·魏斯 (Rainer Weiss) 的發(fā)明。其想法的萌芽源于俄羅斯的 Mikhail Gertsenshtein 和 Vladislav Pustovoit。魏斯發(fā)明的這項(xiàng)技術(shù)正是我們目前所在用的，這不同于的韋伯的方法。我們稱之為激光干涉儀引力波探測(cè)器。發(fā)明了這個(gè)技術(shù)后，魏斯分析了主要干擾因素，并給出了應(yīng)對(duì)策略。1972年，他提出了供進(jìn)一步設(shè)計(jì)的藍(lán)圖。這份藍(lán)圖已經(jīng)經(jīng)過(guò)了一些調(diào)整，是一個(gè)真正經(jīng)得起時(shí)間考驗(yàn)的設(shè)計(jì)。

這是最大的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

有趣的是，萊納非常謙虛，他覺得在探測(cè)到引力波以前，他不應(yīng)該在常規(guī)刊物上發(fā)表這些東西。所以他選擇在麻省理工的內(nèi)部報(bào)告上發(fā)表了他的文章，那是我所讀過(guò)的最具技術(shù)含量的一篇硬貨。

Q：既然引力波已經(jīng)被探測(cè)到，那么下一步會(huì)是什么？

這僅僅是個(gè)開始。當(dāng)伽利略把他的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡瞄向太空時(shí)，才開啟了現(xiàn)代光學(xué)天文學(xué)，也打開了宇宙的第一扇電磁窗口：光。我們常用“窗口”這個(gè)詞來(lái)描述尋找具有一定波長(zhǎng)的輻射的那些技術(shù)。上世紀(jì)40年代，射電天文學(xué)誕生，人們開始尋找無(wú)線電波；60年代，X射線天文學(xué)誕生；70年代，伽馬射線天文學(xué)誕生。紅外線天文學(xué)也是在60年代出現(xiàn)的。

很快，我們就擁有了這么多扇不同的窗戶，通過(guò)他們可以尋找不同波長(zhǎng)的電磁波。通過(guò)射電望遠(yuǎn)鏡和X射線望遠(yuǎn)鏡來(lái)觀察宇宙，其面貌與只用光來(lái)看有很大不同。而引力波天文學(xué)也意味著同樣的事情。

Q：引力波會(huì)被用來(lái)探索宇宙嗎？

這正是我們目前在LIGO做的事情。我們已經(jīng)公布了關(guān)于雙黑洞碰撞的發(fā)現(xiàn)。今后還會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的現(xiàn)象。不過(guò)我們是通過(guò)具有一定振蕩周期的引力波探測(cè)到這些現(xiàn)象，大概幾毫秒的周期。在未來(lái)20年中，我們將觸及那些周期達(dá)幾個(gè)小時(shí)的引力波。

不過(guò)，通過(guò)那些在太空中運(yùn)行的類似LIGO的探測(cè)器，我們很可能在未來(lái)5年內(nèi)就看到震蕩周期達(dá)幾年的引力波，這需要涉及射電天文學(xué)中的脈沖星計(jì)時(shí)。

而在未來(lái)5到10年中，我們很可能會(huì)看到周期接近宇宙年齡的引力波，它們?cè)谔罩辛粝碌挠∮浘褪俏覀兯f(shuō)的宇宙微波背景輻射。

在接下來(lái)的20年里，我們將打開四個(gè)不同的引力波窗口，分別探測(cè)一些不同的東西。我們會(huì)探測(cè)宇宙的起源，也就是所謂的“宇宙暴脹”；我們將研究基本作用力的誕生和發(fā)展，我們會(huì)通過(guò)引力波來(lái)檢視它們?cè)谟谟钪嬷醯臓顟B(tài)；我們還將探測(cè)更大的黑洞碰撞，觀察星體是如何被黑洞撕碎的……

在未來(lái)的幾百年，我們將看到各種以前從未見過(guò)的美妙事物。

現(xiàn)在，僅僅是個(gè)開始。

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