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第18章 时空涟漪(1)

美国华盛顿州,2008年。

黄昏时分,莉莲抵达汉福德区的奇兰机场,坐车行驶在240号高速公路上。正值冬天的第一场寒流来袭,空气冷冽,她不得不裹紧风衣。

长途飞行疲倦,加之海拔气压的变化,让莉莲的心情备受压抑。更糟糕的是,在机场洗手间她发现护垫上落了点血渍,像是分娩前兆。孕期35周,不会因此早产吧?尽管现在还没出现阵痛反应,但她仍然有些不安想。这鬼地方简直糟透了,举目四望只见茫茫枯黄荒凉的原野,响尾蛇山长条伏在公路左侧的远方,一弯新月透过薄卷云若隐若现挂在山脊上。

“我们到引力波观测站还有多远?”

莉莲手摸隆起的腹部忧心忡忡,忍不住问专心驾车的麦克。

“大约再走十二公里。”麦克说:“你饿了吗?前面有公路服务区,我们可以先买点食物。牛肉三明治的味道不错,全牛肉加上甜椒和洋葱,浇淋香浓起司酱,或者你可以来一杯热果汁。”

“我不想吃东西。”莉莲皱眉摇头。这位来自加拿大的物理学家显然不知道她目前最迫切需要什么。

“麦克做事严谨执着,在汉福德的引力波观测站工作了八年从未离开过,很少与外界的人打交道,虽然不善言辞,但他性格好,乐于助人。”这话是莉莲的男友詹姆斯在电话上跟她描述的情况。詹姆斯很抱歉不能亲自来机场接她,就委托这位好性格先生代劳了。麦克确实不善言辞,从在机场接到她,开车十多分钟,与她的谈话仅有寥寥几句短语,刚才介绍路边快餐店的“美食”算是第一个长句。

“要是詹姆斯来机场接我,也许我的心情会好一点。”莉莲失落想。

她有些后悔因头脑发热导致的这趟旅行。尽管在孩子出生前她需要詹姆斯陪在她身边,但不该是这样,让她千里迢迢赶来这该死的荒野之地,而不是他请假离开他该死的岗位赶到她身边。更不应该的是,在她到来时,詹姆斯竟然让他的同事,这位沉默拘谨的麦克来机场迎接她。詹姆斯忙得抽不出一个小时的时间?他的工作比她还重要?

“你脸色有些苍白,冷吗?”麦克问。

“嗯,请把热风开大点。”莉莲说。

“詹姆斯说,你母亲是位令人尊敬的外交家,担任过中东和平特使。”麦克伸手调节车内空调,找话题说:“你父亲在能源部从事军事科技发展。”

“是的。”莉莲实在不愿多说话,只想闭目休息会。

“很抱歉……”麦克感到了莉莲的不悦,解释说:“詹姆斯临时接到任务,系统升级处理,某些环节只有他才能做。在汉福德,我们的人手不够,经常有做不完的事。有些工作很枯燥,甚至不属于科学范畴。你看,风滚草常常随风吹过这片荒原,它们堆积在观测站设备的混凝土管臂上,容易制造火灾隐患。我们就像牧民,还得外出清除这些碍事的风滚草,沿线检查类似的异常情况也是常事。”

“没关系,詹姆斯在电话上跟我说了。我能理解。”莉莲克制住烦躁的情绪,“这段路程也不远,很感谢你来接我。”麦克微笑说:“应该的。要知道,长年累月待在这种荒凉如月球的地方,朋友可不多。”

适当的几句交谈,轻松的笑容,让莉莲低落的心情渐渐好转。

她是个性格开朗的迈阿密女孩,自我情绪调整很快,想到即将见到詹姆斯,心底的不愉快渐渐消散,她主动问:“你们平时都做些什么工作?詹姆斯说,他每天都在和噪声打交道。我不确定他是不是在开玩笑。”

麦克笑起来说:“差不多,在引力波观测站工作的人,几乎所有人都一样。我们都与噪声为敌,试图消除一切干扰探测的噪声。”

“能具体讲讲吗?”莉莲说:“我知道,你们在捕捉来自宇宙的引力波,但这和噪声有什么关系?”

“引力波是宇宙时空的涟漪,有人这样形容,尽管‘涟漪’有些诗意化了。引力无处不在,让我们的双脚牢牢地站在地上,也是它塑造了我们的宇宙。它使气体云发生坍缩,进而形成恒星和行星。它孕育了星系中数千亿颗的恒星,也正是在它的作用下,星系进一步聚集成超星系团。”

麦克谈到专业范围的事,话语流畅起来。他尽量不说术语,而用浅白的语言来描述,以便让这个年轻的大学生物老师能听懂。

“如果我们把宇宙的时空想象成海洋,那么,大质量的天体能弯曲平静的海平面,产生起伏不平的波浪变化。如两个黑洞或中子星的合并,扭曲周围的时空,产生波纹向宇宙四周八方传播出去,这就是引力波。”

“你是说,我们的宇宙时空不平静,是波动的?”

“嗯,就像大海远看平滑如镜,十分坚固,近看却波涛起伏。”麦克说:“当一束引力波通过,时空中的物体就会被拉伸、压缩、扭曲。我们探测的就是这种引力波造成的变化现象。”

“它像黑洞那样狂暴撕裂物体?”莉莲问。

麦克说:“没黑洞那样可怕。高速自转的脉冲星,超新星的坍缩,包括宇宙诞生之初的膨胀,尽管都会产生强大的引力波,但经过广袤的宇宙空间,传到地球会被削弱很多,变得微不可测。即使是最剧烈的宇宙事件,比如两个超大黑洞的合并产生的引力波跨越上亿光年的距离后,只能使地球上观测站的探测臂产生极小的伸缩变化,尺度仅为1米的10的负19次方,相当于质子直径的万分之一。”

质子直径的万分之一?

“你们怎么探测到这样小的变化?”莉莲想象不出这种变化有多微小,但肯定比一个细胞的尺度远远小多了。

“我们还没直接探测到引力波。”麦克说:“到目前为此,只存在理论上的预测,以及天体物理学家约泰勒和赫尔斯在1974年做出的一个间接证明。他们因此获得1993年的诺贝尔物理学奖。”

“什么?”莉莲有些吃惊,“你们待在这里七八年,什么都还没找到?”

“嗯,主要就是受到噪声的干扰。”麦克尴尬一笑,“另外,引力波不是随时能产生,这需要宇宙级的碰撞事件。但像两颗中子星、黑洞的碰撞这类的事件较为罕见,在银河系平均每一万年才会发生一次。”

“一万年太久了吧?你们工作的期限还挺长的。”莉莲觉得过于荒谬。

“那倒不用。”麦克信心十足地说:“只要排除一切噪声的干扰,有足够灵敏的探测器,我们可以探测到三亿光年范围内的引力波事件。实际上,探测器升级以后,我们期待在2016年前就能探测到引力波信号。那是爱因斯坦发表广义相对论的一百周年纪念。引力波是相对论最重要的预言之一。”

“好吧,但愿你们能成功。”莉莲想到詹姆斯?哈里森的名字也许能与伟大的爱因斯坦联系在一起,作为哈里森夫人,她油然生出自豪感。

“瞧那儿,那根管子就是探测器的探测臂。”麦克手指车外,“共有两条,每条长四千米。这是世界上最大的引力波探测器。”

莉莲眺望过去。旷野上覆盖着山艾树和枯黄的灌木,隐约可见一段混凝土管,绵绵延伸,在这片寂静的土地上有些不同寻常的神秘。

如果从空中俯瞰,这座激光干涉引力波观测站(LIGO)有着两条几乎完全一样的激光干涉臂。它的一条激光臂从主楼向响尾蛇山方向伸出,另一条指向汉福德退役的核反应堆。两条探测臂在荒原上呈“L形”,像似一个张开成直角的圆规。

每条混凝土管子里都有一根钢制外壳的真空管,从一束激光中被分出的一半激光被置于远端的镜子来回反射。返回主楼之后,这半束的激光会与在另一条臂中传播的另外半束激光重新汇合。传递到地球上的引力波,造成的时空扰动引起的任何臂长变化,都会改变两个半束激光汇合后所产生的明暗相间的干涉条纹。引力波在一个方向上挤压空间,同时又在另一个方向上拉伸空间,这使得以直角张开两条探测臂的探测器灵敏度得以翻倍。

汉福德区早期是曼哈顿计划的一部份。

早在1943年,陆军部把汉福德区视为完美的“隔离荒地”。汉福德小镇的居民被告知必须搬迁,离开他们祖辈居住的农场。这些居民只有三十天的搬离时间,政府仅赔偿他们非常少的钱。军方在这里生产制造原子弹所必需的钚,B反应堆(B-Reactor)是世界上第一个以钚运作的核反应堆。投放到日本长崎的原子弹“胖子”,其核心就由汉福德的核设施制造。冷战巅峰期,汉福德区共有九座核反应堆和五个核燃料加工厂。冷战结束后这里成为核能废料储存地,是美国遭核能污染最严重的地区。1989年,能源部、环境保护署和华盛顿生态管理署达成具有法律效益的三方协议,致力于汉福德区的清污。现转为能源部所属西北太平洋国家实验室。

莉莲从机场过来,一路遇到几辆疾驶在高速路上的18轮清运大卡车。

“它碾压地面产生很强的低频撞击,噪声干扰我们对引力波的探测。”当一辆清运卡车轰隆驶过的时候,麦克抱怨说。

莉莲更关心辐射安

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