莱纳·魏斯在麻省理工学院(MIT)念大二时,在轮渡上结识了一位弹钢琴的女孩,头脑一发昏便跟她跑到芝加哥去。这种冲动只产生一段短暂的浪漫,很快烟消云散。心仪的女孩不爱他了,只有跟她学的钢琴,与他结下了不解之缘。现在,他已经八十几岁了,还是坚持每天弹钢琴。他是个很出格、很执着的人。出格加上执着,则是成大事者必有的秉性。
那段浪漫的后果很严重。他没跟上学业,MIT把他开除了。他没脸回家见父母,在校园里逛荡着,撞到一间实验室门口,看到两个实验物理学家在为一台仪器失灵而烦恼。他从小爱摆弄电子仪器,便主动帮他们修理。于是,他得到了一份技术员的工作,并因此得到实验室主持人德扎卡利亚教授的赏识。教授说服MIT重新收留魏斯,让他继续学业。毕业后,魏斯到德扎卡利亚教授手下读研究生,取得博士学位。
多年以后,魏斯回到母校当教授。MIT让他教爱因斯坦的广义相对论,他不懂,只好边学边教,教得相当幸苦。他决定抛开教科书,海阔天空地讲他的各种想法。至于教科书上的内容,反正MIT的学生个个绝顶聪明,让他们自己看书就行了。
根据相对论,空间和时间合为一体,称为时空,时空会变形。时空变形和黑洞有关。黑洞是质量极密,引力极大的天体,什么物质都会被它吸进去,有进无出,连光也不例外。黑洞之黑,在于它无法直接看到或探测到,只是它影响着周围天体的运行,让人知道它的存在。当两个相互环绕的黑洞最终合并为一个大黑洞时,巨大的天体变化产生了引力波,引力波像水纹一样,向宇宙四周扩散。引力波所到之处,引起时空变形。
根据爱因斯坦计算,引力波肯定是存在的,但他认为没人能够测到它。这等于说,爱因斯坦承认自己的理论无法得到证实。魏斯在教相对论时,就在想着在引力波到达地球时怎样测量到它。
魏斯的想法后来成为现实。根据他的设计,美国建成两个相同的引力波探测器(简称LIGO),分别设在路易斯安那州和华盛顿州。探测器的主要组成部分是两条长臂(长廊),各有四公里长,互相垂直,如L形。一束激光在两臂的交叉处被分成两束,沿着两条长廊射出,达到终端后反射回来,在交叉处汇合。因为两臂的长度一样,所以两条激光会合后还原成原来的一束激光。但是,如果引力波到达地球,引发时空变形(如长度拉长,宽度压短),则两臂的长度不再相等,两束激光便不能还原成原来的激光。换句话说,如果激光被改变了,便是测到引力波了。
这个课题超级庞大,投入资金三亿多美元,花了二十二年时间才争取到全部资金;投入科学家和工程师一千名,又花了二十一年时间才在2015年2月测到引力波。两个探测器都测到了,说明这是真的引力波,而不是仪器运行异常引起的杂乱信号。根据所探测到的信号推算,这是两个黑洞在十四亿年前合并时发出的引力波,现在才到达地球。探测器将引力波的信号转换成声音,播放出来是一声高亢的响声。那可是从十四亿光年远的宇宙深处发过来的声音啊。说它是天籁,不过分吧。
魏斯主持如此庞大而恒久的课题,坚持到最后,终于成功了。为此,他享誉物理界,得了好几项科学大奖,还在2017年获得了诺贝尔奖。
魏斯终于听到了天籁,但是他不放弃人籁。人籁是六十多年前从心仪女孩那里学的钢琴。他现在已是八十多高龄,还在弹钢琴,坚持每晚弹一小时。