曹则贤研究员点评2017年诺贝尔物理学奖

       

       北京时间10月3日 17点50分，瑞典当地时间11点50分，瑞典诺贝尔委员会宣布将2017年度的诺贝尔物理学奖授予美国物理学家外斯(Rainer Weiss), 巴里什(Barry Clark Barish) 和 索恩(Kip Stephen Thorne), 以表彰他们为LIGO 探测器建设以及引力波探测所作出的贡献(For decisive contributions to the LIGO detector and the observation of gravitational waves). LIGO是英文Laser interferometer gravitational-wave observatory (激光干涉仪引力波探测装置)的首字母缩写。三位获奖者中，外斯是最早提出用激光干涉仪探测引力波并作噪声分析的，巴里什对建立LIGO作出了关键贡献，而索恩的贡献则在于引力波探测和LIGO的理论方面。具体地，

外斯，1932年生，美国MIT退休教授，是激光干涉测量技术的发明人。外斯热衷于引力物理和天体物理的研究，曾任COBE (cosmic background explorer，宇宙背景探测器)科学探测团队的主席。

巴里什，1936年生，美国加州理工退休教授，从1997年起担任LIGO项目的主任。

索恩，1940年生，美国加州理工退休教授，长期从事引力物理和天体物理研究，是广义相对论专家。其和惠勒合作撰写经典著作《引力》一书时不过33岁。关于引力波强度和可探测到的时间序列之特征的预测，是导致索恩此次获奖的主要原因。

引力波是法国科学家、科学多面手庞加莱于1905年率先提出的概念。与加速电荷会发射电磁波作类比，则有理由认为加速运动的质量也应该产生引力波。 从1907年 到1916年初，爱因斯坦历经8年多建立起了广义相对论，或者说引力理论，其关于大质量物体附近光线弯曲的预言于1919年被证实，这奠定了爱因斯坦和广义相对论在物理学史上的地位。广义相对论的主要内容是爱因斯坦的引力场方程。 1918年，爱因斯坦在一篇名为“论引力波(Über Gravitationswellen) ”的文章中深入探讨了引力波问题，给出了引力波方程。美国科学家赫尔斯(R. A. Hulse) 和泰勒(J. H. Taylor Jr.)于1974年发现脉冲双星的轨道在不断减小，这可以用引力波导致能量损耗的机理来解释，算是间接观测到了引力波，两人因此获得了1993年度的诺贝尔物理学奖。2016年2月11日， LIGO首次宣布此前于2015年9月14日利用臂长达4公里的激光干涉仪直接探测到了来自离我们13亿光年的两个黑洞合并事件造成的引力波。 今年六月，LIGO和VIRGO (欧洲的引力波探测装置)同时宣布了第三个引力波事件。这次三位从事LIGO 建设和引力波探测的科学家获奖，科学家圈子里已早有猜测。

所谓的引力波方程，是爱因斯坦对自己的引力场方程又作了弱场近似导出来的结果，那个引力波的波动方程骨子里头依然是作为狭义相对论出发点的麦克斯韦电磁波动方程，尽管在引力的语境中，爱因斯坦注意到引力波是四极辐射，辐射源应该是转动哑铃那样的质量分布，比如双星体系。此外，关于波动信号探测，理论上任何一点上获得的时间序列信号，都不足以反演出波源的信息。因此，关于空间中大质量物体合并机制的研究以及探测，未来也许还有更多的工作要做。 当然了，仅就LIGO能达到的对远处微小振动探测的精度而言，其获得诺贝尔奖也不为过。对于此次引力波探测获得诺贝尔物理奖，我的同事、中国科学院半导体物理研究所姬杨研究员此前数日的评论或许是最得体的：“这次的物理奖要给引力波了，我是很不以为然的——不是说这个工作不重要，而是说没必要这么急。一百年前给爱因斯坦授奖的时候，那是多么谨慎…” 有必要提一句，爱因斯坦本人并没有因他建立狭义相对论和广义相对论而获诺奖，其最终是因为对光电效应的诠释而获得了1922年度补发的1921年度诺贝尔奖。爱因斯坦是在前往日本访问的途中在上海霞飞路短暂停留时被告知终于获得诺奖的。

自1901第一届物理诺奖颁发给发现X-射线的德国物理学家伦琴以来，至今共颁发了111届。（曹则贤  中国科学院物理研究所）

2016年2月11日发布的关于引力波探测的结果

拥有两个长达四公里、相互垂直的臂的LIGO

索恩和他早年作为第二作者的巨著《引力》(该书最后一位作者是物理学名家惠勒，1973年第一版)

巴里什

外斯