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《引力波》
2019-07-08 11:20  

关于作者

珍娜·莱文,哥伦比亚大学物理学和天文学教授,科普作家。

关于本书

《引力波》介绍了 LIGO 项目半个世纪以来的发展史,由于掌握了大量的一手资料,因此被称为“最权威”“最受 LIGO 项目官方认可”的引力波著作。

核心内容

珍娜·莱文采访了诸多一线人员,记录了 LIGO 项目所面对的种种内外部风险,包括如何从外部争取资金,内部的管理困境和领导人员之间的人性冲突等种种“八卦”,展现了人类在探索世界的过程中所付出的种种努力。

一、探测引力波的科学价值和难度

探测引力波具有理论和实用上的双重科学价值,但由于引力波极其微弱,因此对测量精度的要求极高。

1. 引力波的科学价值

爱因斯坦曾在广义相对论中预言过引力波的存在,但由于引力波过于微弱,因此一直未能被探测到。如果能捕捉到引力波,就相当于找到了“广义相对论缺失的最后一块拼图”。

2. 探测引力波对精度的要求极高

两个黑洞碰撞所产生的引力波,只会让两根干涉臂的长度产生十万亿分之一的变化。相当于要在地球周长1000亿倍的范围内,测量出比头发丝直径还要小的变化,且测量时间不到一秒钟。

【案例】

为了达到高精度要求,就必须排除干扰。LIGO 两根长4公里干涉臂都被抽成了真空,是地球上最大的真空区域,甚至比太空中的某些真空区域的物质密度还要低。

二、LIGO 项目艰难的资金争取过程

LIGO 项目在一开始并不被看好,且耗资很高。在运气和多位领导者的不懈努力之下,才最终争取到了足够的资金。

1. 从美国国家科学基金会争取资金

探测引力波的先驱之一雷纳·韦斯在军方停止支持后,在很长一段时间内都未能获得任何资金。在弹尽粮绝之时,雷纳跑到华盛顿,找到了国家科学基金会万有引力项目的负责人艾萨克森,才终于要到了钱。如果没有艾萨克森,LIGO 项目可能早就胎死腹中了。

【案例】

艾萨克森之所以会支持引力波探测项目,也有很大的运气成分:一是因为,艾萨克森自己就是研究引力波的,因此对该项目很感兴趣;另一方面,他也想凭借该项目,提升国家科学基金会的声誉。

2. 说服国会同意拨款

1989年,LIGO 项目组想要申请2亿美元的资金支持,但这笔拨款必须得到国会的同意。当时无论是国会议员还是科学家,都对 LIGO 项目的前景不甚看好,因此不同意拨款。此后沃格特带着说客助手跑到华盛顿展开游说,在经历了两年努力之后,国会才终于批准了这笔资金。

【案例】

一位来自利文斯顿的参议员答应给沃格特20分钟的时间来谈自己的项目,沃格特使出浑身解数,努力让参议员对宇宙学产生兴趣,最后两人整整交谈了两个小时,争取到了参议员的支持,为 LIGO 项目在利文斯顿地区的建设奠定了基础。

三、LIGO项目组早期的管理问题

LIGO 项目早期由“三巨头”共同领导,但由于其中的罗纳德·德雷弗性格古怪,不懂得与他人合作,因此管理状况极差,内部矛盾尖锐。罗纳德·德雷弗最终被项目组开除,也失去了获得诺贝尔奖的机会。

1. “三巨头”的管理方式降低了团队效率

罗纳德·德雷弗没有合作意识,虽然想象力丰富,但做事缺乏条理,这与雷纳等人的工作方式产生了严重冲突。两人凑到一起之后,完全没法儿推进工作,管理问题因此成了项目组内部的最大问题。最终,美国国家基金会指派了沃格特作为领导人,结束了“三巨头”的管理体制。

【案例】

罗纳德·德雷弗认为,项目组不应该急着去建大型机器,而是应该先建中等规模的机器,再逐渐扩大规模。但基普和雷纳都认为,中等规模的机器无法探测引力波,应该直接建造大型机器。罗纳德不愿意合作,最后还是在美国国家基金会的压力之下才就范。

2. 沃格特最终将罗纳德开除出项目组

沃格特到来之后,极大地改善了团队的工作效率。但之后不久,他也和罗纳德产生了冲突,于是罗纳德成了项目组中最不受欢迎的人。后期沃格特对罗纳德采取了一些不近人情的手段,并最终将德雷弗开除出了项目组。但这一决定引起了很大的争议,雷纳就认为,罗纳德虽然性格有问题,但的确是一位天才,因为沃格特缺乏管理经验,没能保护好这位天才。

【案例】

沃格特在项目组内部采取了“臭鼬工厂”的管理方式,团队里人人平等,没有等级制度,没有官僚机构,科学家们可以尽情地施展自己的才华,进行各种创新,极大地推动了工作效率。

金句

1. 探测引力波这样的大型科学项目,所要面对的绝不仅仅是科学上的问题,还要面对资源上、管理上、人性上的一系列问题,是一个大型综合难题。

2. 引力波虽然微弱,但却可以穿越很长的距离,很难受到干扰。这就意味着,人类可以通过引力波来观测整个宇宙。

3. 研究人员要在相当于地球周长1000亿倍的范围内,测量出比头发丝的直径还要小的变化,而且留给他们的测量时间,还不到一秒钟。

4. 哪怕是再纯粹再有价值的科学研究,也不一定能拿到钱。你要向外界证明你的价值,还要考虑到时代潮流等因素的影响。

5. “臭鼬工厂”类似于今天的很多创业公司,团队里人人平等,没有等级制度和官僚机构。专业人员可以获得资金支持,尽情施展自己的才华。

注:本文内容转载自公众号“每天阅读一本书”

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