升级后的LIGO幸运地捕捉到了引力波。(网络图片)

■本报记者　沈湫莎

人类探测到了引力波!这是麻省理工和加州理工为美国激光干涉引力波天文台(LIGO)投入40多年获得的丰厚回报。不过40多年中，基础研究细水长流式的回报却并不为太多人所知。人们总是用“寂寞长跑”来形容基础研究的不易，仿佛其只有到最后一刻获得成功，才光芒万丈。事实上，“长跑”途中培养出的人才和团队、制造出的各种先进仪器设备，都不断在对社会进行有益的回报。

不断拓展技术“极限”

在茫茫宇宙中寻找那一丝微弱的呼吸，探测仪器的灵敏度越高，发现引力波的概率就越高。LIGO就是在完成升级之后，成功探测到引力波的。

“要探索别人从来没有探索过的东西，设备一定得自己造。”华东理工大学教授、中科院理论物理所博士廖玮说。上世纪80年代，探测引力波的LIGO工程开建，很多方面的指标都在挑战现代科技的极限。上海理工大学国家“千人”韩森教授说，从本质上说，LIGO主体激光干涉仪是一个高精密的光学仪器，4千米的“臂长”让镜子反射光的曲率近乎平面。在此之前，世界上还没有人对这样大尺度曲率半径的光学仪器做过测量。韩森在该项检测上拓展了极限的边界，他专门设计和制造了1.06微米激光干涉仪，成了检测LIGO中很多超精密光学元件的专用设备。

据LIGO工作组的科研人员、清华计算机系高性能计算所的硕士研究生郭翔宇回忆，在漫长的时间里，LIGO探测器并没有达到设计精度，他每天的工作就是去除引力波数据的噪声，经过6年的日积月累，他所在的团队将探测器GPU的信息处理速度提升到了最初的120倍以上。

和几乎所有大型科学仪器设备一样，LIGO在工程设计、加工、检测等方面要求极其严苛，1000多人的科研队伍汇聚了光学工程、机械工程、电子控制、数字分析处理、抗震、镀膜等各方面综合性人才。几十年积累的技术改进，让LIGO的探测灵敏度提升10倍，而正是到了这一尺度，人类才第一次聆听了宇宙的时空涟漪。

基础研究的“副产品”

在LIGO探测到引力波之前，它的技术已经在半导体制造、能源、材料、大数据等实用领域产生深远影响。比如引力波探测器对减震系统要求极高，而在芯片制造行业，下一代芯片线宽在10纳米以内，这就对减震技术提出了很高要求。引力波研究中探索的减震技术就可以“跨界”运用到芯片领域。

目前在前沿科技研究中具有广泛用途的同步辐射光源，本质上是一台台粒子环形加速器，它原本是物理学家为了研究粒子结构而设计的科研仪器。可是，当人们发现电子在转弯时能产生同步辐射光源，而这种光源可以照亮人类从未看见过的微观世界时，“副产品”反而变得更受欢迎———用这种光束照射可以观察生物、材料的结构。2009年在上海建成的第三代同步辐射光源“上海光源”迄今已为数以万计的科学家照亮了他们希望看到的微观世界。去年成立的上海市质子重离子医院同样是高能物理研究的一项“副产品”，利用加速器给出的质子重离子束流，能够精准命中癌细胞，以达到杀死癌细胞又对人体伤害更小的目的。“不过，当物理学家为了研究粒子结构设计粒子加速器这一设备时，未必会想到这些成果。”廖玮说。

上海大学纳微能源研究所所长胡志宇一边研究纳米燃烧，一边做出了能够检测纳米尺度下燃烧的红外线检测设备，而这一设备还有望用于检测护照。他说:“通往山顶的路有很多条，第一个人成功了，跟随固然能节省时间，但后来者也就错过了探索其他可能性的机会，当开启一个新的项目时，别人原先的技术储备和经验储备，能让他们再次占领了先机。”

从课堂开始培养科学家梯队

谁能想到，LIGO的原型仅是麻省理工学院物理学教授雷纳·韦斯设计的一项课堂练习，当时他正困扰于怎样才能向学生展示引力波的影响，忽然有一天他想出了激光干涉仪的点子。

当LIGO项目顺利运行起来后，又成为了一座“学校”，在麻省理工学院校长致全校的信中提到:“LIGO是数千大学生和数百博士生的训练场，其中有两人已经正式担任我校的教职。”

早在上世纪70年代，中国科学家就开始了引力波研究，可惜因种种原因停滞了十几年，造成了人才断层。如今项目重启，在韩森看来，最缺乏的还是工程技术人才。“我国在理论研究上和国外差距不大，但在精密仪器制造上却不容乐观。”

中国工程院院士、上海理工大学光学与电子信息工程学院院长庄松林表示，我国现今做过最大的干涉仪臂长仅有数米，如果一下子就跳跃到几千米尺度，难度不小。何况未来的引力波探测就是对仪器灵敏度的竞争，要探寻到震动频率只有亿亿分之一赫兹的原初引力波，就必然需要更高灵敏度的仪器。廖玮说，我国重科学不重技术的传统由来已久，科研机构制造设备的能力比较薄弱，不管从制度导向还是申请经费，科学家更愿意去购买国外设备，“没有人做设备，技术从何积累?”今年年初，台湾清华大学倪维斗教授成为上海理工大学特聘教授，他带来了臂长3.5米/7米的法布里-珀罗干涉仪。这台仪器的很多原理都可以移植到LIGO上，希望他带出来的学生能成为中国引力波探测仪器研制的一支后续力量。