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《引力波:发现爱因斯坦广义相对论缺失的“最后一块拼图”》第2章 宇宙的声音

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High Fidelity

下午6点,我站在麻省理工学院的一栋建筑前面,等人来为我开门。作为一个机构的总部,这栋大楼显得非常安静。这时候,一名研究生骑着自行车过来了。她跳下车,搬着自行车爬了几级台阶,然后打开门锁。等我走进去之后,她指着自己身后的大厅告诉我:“雷纳的办公室就在那儿。”接着,她一只脚踏上脚蹬,溜着自行车朝前滑行。之后,她再一次跳下车,进入一间装有灰白色门的办公室。雷纳办公室的门与那扇门一模一样。我不禁想,人们住宾馆时经常走错房间,雷纳他们会不会走错办公室啊?

雷纳·韦斯向我挥挥手,邀请我进入他的办公室。尽管我们是第一次见面,但从事科学研究的相同经历是一种强效黏合剂,拉近彼此距离的效果甚至好过同乡、同龄人。我们靠着两把与房间风格不搭调的椅子的椅背,脚放在同一个凳子上。交谈时,我们直接略过俗套的寒暄进入主题,气氛十分友好,就像相识多年的朋友。

“我的人生道路始于一个梦想:我希望可以轻轻松松地听音乐。大概是1947年,社会上掀起了高保真音响的流行浪潮。虽然我当时还是一个孩子,但我制造出第一代高保真音响。生活在纽约市的移民大多喜欢听古典音乐。

“看到那边的扬声器了吗?那是我从布鲁克林的一家电影院淘来的。电影银幕后面放着一堆这样的扬声器,我弄到了20个,然后拖拽着它们上了地铁。当时,布鲁克林派拉蒙电影院刚刚经历了一场火灾,所以电影院淘汰了这些扬声器。就这样,我拥有了电影工作室的专业扬声器。我设计的电路也非常棒。此外,我还弄到了一台调频收音机。之后,我经常邀请朋友来我家听纽约交响乐团的演奏。那种感觉简直无法想象,我们就像坐在剧院里。从扬声器里传出来的音乐简直太美妙了!”

雷纳示意我观看扬声器内部的圆锥形金属结构。扬声器的外壳做工粗糙,显得极其笨重,在现代设计中早已被摒弃。但是,除此之外,这个在1935年前后生产的扬声器并不像一件年代久远的产品。从技术上看,它不像20世纪30年代的必需品,而更像20世纪70年代放纵生活的产物。他的办公室里还堆放着从其他设备上拆卸下来的金属外壳,因此扬声器并不是那么显眼。科学家们正围着这堆设备忙个不停,摆弄着一台基于20世纪60年代思想实验制造的引力波探测器。当时,雷纳希望制造一个装置,用来记录时空振荡发出的声音。后来,他才发现他并不是第一个产生这种想法的人。这个实验堪称科学界远大理想的一个典范,它的影响力已经超出了这栋大楼,甚至超出了马萨诸塞州剑桥市的范围。为这套装置研发零部件的实验室坐落在隔壁大楼的地下室里,但是全套设备的组装却被安排在其他地方进行。

2005年,雷纳放弃了麻省理工学院物理学教授这个令人尊敬的职位,一心一意地待在4 000米长的混凝土管道里,为激光真空管接装示波器,检查18 000立方米的真空管是否有渗漏,测量潮湿阴冷、黄蜂成群的密闭空间中发生的地震振动。雷纳选择退休的主要目的是重拾学生身份,但是,由于被授予了荣誉退休教授的重要头衔,他开始了令人羡慕的“退而不休”的生活。

雷纳在说话时会强化重音,这是一代纽约人的特点。他标准的美国口音中混杂了些许欧洲口音,偶尔还有德国人那种抑扬顿挫的语调。这些特点融合在一起,给我一种熟悉的感觉,不仅让我想到了他的出生地,还让我想到了他出生的那个时代。1932年,雷纳出生于德国柏林,他的父亲弗雷德里克·韦斯来自一个富裕的犹太家庭(雷纳的祖母出身于显赫的拉特瑙家族。雷纳的性格特点“非常像德国人,还有点儿像犹太人”),具有叛逆精神。雷纳的母亲格特鲁德·罗斯纳不是犹太人,据雷纳介绍,她同样具有叛逆精神。“不知道是怎么一回事,他们俩走到了一起。”雷纳的语气似乎是在暗示,其中有我们永远无法了解的秘密。后来,他揭开了这个秘密:“然后,我就来到了这个世界。但是,他们那时候还没结婚呢。”

与在他家客厅里欣赏交响乐的其他移民一样,雷纳在谈到自己的人生经历时也是津津乐道。也许他说话的腔调就是这样形成的吧。不过,他的描述与实际情况并不相同,因为他的人生历程早在埃利斯岛[1] 上交换文件之后不久就拉开了帷幕。雷纳的父亲是一名神经科医生,在柏林的一家工人医院工作。后来,纳粹把触角伸到了这家医院。他们的一名内线做手术时操作不当,导致一名病人死亡。雷纳的父亲政治觉悟很高,他把这次医疗事故报告给权力已被削弱的医院领导。结果,出于报复心理,纳粹在大街上抓住了他,并把他关在地牢里(雷纳的家人没有提到这个地牢的具体位置)。要不是格特鲁德在新年前夕怀上雷纳的话,弗雷德里克可能无法重见天日了。身怀六甲的妻子与她在魏玛共和国地方政府工作的父亲竭尽全力,终于救出了弗雷德里克。虽然弗雷德里克获得了自由,却被迫远走他乡。

弗雷德里克越过边境线,进入捷克斯洛伐克境内。不久后,雷纳的父母在那里团聚。雷纳一直很奇怪,他的父母之间的争吵似乎从来没有停止过(他们认为自己的婚姻不美满是由希特勒造成的),而他母亲竟然在1937年怀上了他的妹妹西比尔·韦斯。为了缓和紧张的家庭关系,他们全家来到了波兰边境的塔特拉山脉,开始了首次家庭度假之旅。在旅馆的大厅里,一台古老的木质哥特收音机深深地吸引了雷纳。这台带有发光管的收音机正在播放张伯伦的绥靖主义外交政策(在它的影响下,捷克斯洛伐克的部分领土最终被德国侵占)。他们转动收音机的旋钮,锁定张伯伦的声音,以便准确无误地了解关键信息。根据雷纳的描述,当时有大批惊慌失措的德国侨民(其中很多是犹太人)开始行动,希望在政策生效之前逃出山区,前往布拉格,最终离开捷克斯洛伐克。雷纳回忆说:“我们逃出来了,真是太幸运了。我的父亲能逃出来,肯定是因为他是一名医生。好多人都没能逃出来。”

到了纽约之后,雷纳的母亲靠打零工维持整个家庭的生计。这种情况一直持续到几年之后雷纳父亲的精神分析诊所开业。雷纳说:“我进入了纽约的哥伦比亚初级中学,和默里·盖尔曼(1969年的诺贝尔物理学奖得主)成为校友。他比我高几届。人们总是拿我和他做比较,然后用‘那个家伙无所不知,而你就是一个废物’之类的话贬损我。”

在人们刚刚拥有调频收音机时,雷纳就已经可以凭借他掌握的电子学知识制造扩音器,增强收音机的效果了。他还趁机做了一点儿小生意。他的第一个顾客与他没有血缘关系,但有姻亲关系,雷纳称这位顾客为“露丝婶婶”。现在,雷纳已经记不清他的第一笔生意赚了多少钱(我也没有问他),他记得自己只收了成本价。之后,雷纳成为一名企业家,把他的产品卖给那群渴望拥有高保真音响的移民。这些人在听到清楚的乐曲从雷纳的产品中传出来之后,他们的口口相传让产品的销量迅速增加。

雷纳回忆说:“当时,人们使用的是虫胶唱片。这是一种最原始的唱片,有嘈杂的背景音。但是,黑胶唱片就没有这个问题。虫胶唱片有时还会发出很刺耳的声音,就是那种‘嘶嘶嘶’的背景音。你知道,唱针就是靠唱片粗糙表面的摩擦力推动的。当时我就想,有没有什么办法可以消除这些可恶的嘈杂声呢?

“在播放贝多芬奏鸣曲中婉约舒缓的乐章时,你的耳朵里会充斥那种‘嘶嘶’的声音。怎么办呢?如果你同时听到很多种声音,这种‘嘶嘶’声就会被盖住。于是,我准备设计一个电路,通过改变带宽的方式达到放大声音的目的。但是,我知道自己的知识结构还不足以独立完成这个任务,于是我决定上大学去学习这些知识。

“就这样,我来到了麻省理工学院。我选择学习音频工程,因为我不知道还有其他什么学科。但我很快就发现,我的理想并非成为一名工程师。于是,我申请转到物理系,具体理由是什么,我也不知道……好吧,跟你说实话,那时候我的想法非常简单,就是因为物理系的要求没有其他系那么严格,而我又非常任性,不想遵守任何规定。”

雷纳很肯定地告诉我,麻省理工研究团队的所有成员都还没下班。透过敞开的门,我看见一些人在埋头工作。隔壁实验室里的人就更多了。办好登记手续之后,我们走进了研发实验室。实验人员有的席地而坐,正在整理电缆;有的在光学工作台上工作;有的在操作某种发出刺耳噪声的工具;有的手拿护目镜,双眼盯着一个老旧的示波器,在诊断某个故障。我发誓,我真的看到了一张软盘!我猜想这张软盘在制作上多半达到了令人赞叹的水平,因此我盯着它仔细端详了很长时间。体力劳动加上丝丝入扣的分工协作,再加上及时反馈机制,共同成就了一台机器。在某些层面,权力呈现出一种水平结构。每个人似乎都充分了解工作内容,整个团队就像一个结构复杂的蚁群,以一种不疾不徐的节奏有条不紊地运转。一项工作完成之后,团队成员会马不停蹄地开展下一项工作。每位科学家的注意力都非常集中,他们所从事的研究工作决定了他们关注的都是微小的内容。每个人都训练有素,而且准备充分,足以承受长时间的棘手工作给身心带来的巨大压力。一名研究生正在小心翼翼地调整光学工作台上的一台精密仪器。100年前(可能更早),爱因斯坦预测时空并不是永恒不变的。现在,这些人正在齐心合力制造一台超敏感装置,记录从太空传来的声音。

他们建造的不是望远镜,而是一台记录装置。如果他们最终取得成功,这台兼具科研仪器与乐器两大功能的设备就可以记录空间形状的微小变化。只有质量非常大的天体完成最剧烈的活动,时空才会发生足以被探测器捕捉到的振荡。黑洞碰撞会引起时空波动,中子星、脉冲星的碰撞,恒星爆炸和天体物理学上难以想象的时空瀑布也会产生类似的效果。空间距离的收缩与膨胀就像大海的波浪,以时钟节奏在宇宙中(也就是在时空中)向前传播。引力波不是声波,但只需借助模拟技术,就可以把引力波转变成声音,与传统扩音器将电吉他琴弦的波动转变成声音的原理非常相似。打一个不是特别贴切的比方,天文灾害就是弹奏吉他的拨片,时空就是琴弦,实验中使用的这套设备就是吉他的琴箱。如果为这个比喻增加几个维度,天文灾害就相当于鼓槌,时空就是三维皮鼓的鼓皮,实验设备的作用就是在皮鼓将无声乐谱变成乐曲的时候记录下皮鼓在形状上发生的变化。科学家坐在控制室里,监听探测器捕捉到的声音。尽管这些声音已经接受了从商店买来的扬声器的放大处理,但他们听到的仍然是一些嘈杂的背景音:“嘶嘶”。

麻省理工学院的这些设备非常珍贵,但是放到整个LIGO项目中就显得微不足道了。LIGO项目的总部设在加州理工学院,有一台原型机也放在那里。不过,与在汉福德和利文斯顿的那两台探测器相比,这台原型机也显得微不足道。雷纳问我:“你还没去现场看过吧?准备什么时候去?等你亲眼看到之后再说吧。”他靠在椅背上,脸上再次露出非常惊讶的神情。那两台探测器的长度大约是雷纳制造的第一台原型机的2 500倍。我也靠在椅背上,想象着两者之间的比例关系。接着雷纳说道:“去现场参观过的人并不多。”

从上大学开始,雷纳为了从事科研工作,就一直奔走在剑桥市纵横交错的街道上,尽管在走出肯德尔广场地铁站的那一刻,他就发誓要回到纽约。那是9月的一个阴冷潮湿的上午,剑桥市(波士顿这个制造业中心的角落)正散发着阵阵臭气。用动物尸体提炼物、动物脂肪制成的肥皂,与蛋黄酱、腌菜混合在一起,成了一种深棕色的东西,让人闻后恶心不已。但是,他没有兑现这个誓言,而是在这个发出一股股刺鼻气味的城市中待了下来。他之后的人生基本上都是在剑桥市度过的,其间只因为一些必要的原因离开过几次,而且时间都不长。不过,在麻省理工学院学习的头几个月里,他没有表现出一丝一毫的桀骜不驯。

“后来,我坠入了爱河。我就像个傻瓜,觉得自己不应该这样下去。于是,我退学了,并追随那个女孩来到了芝加哥。她是一名钢琴演奏者,因为她,我的生活发生了改变。在那之前,我没想学习弹钢琴,但是遇见她之后,我开始学习弹钢琴。我记得自己那时候已经20岁了,甚至更大。这一切都是因为她。

“多年之后初次接触引力波时,我心里想:‘啊,LIGO涉及的频率范围与钢琴是一模一样的。’

“这么说吧,那时的我被爱情冲昏了头脑,根本不去考虑未来会怎么样。后来,那个女孩爱上了另一个家伙。人绝对不能相信爱情,我的意思是,你不能沉溺于爱情。你应该知道爱情是怎么一回事。于是,我又回到了麻省理工学院,开始物理学的学习和研究。但同时我也背上了中途退学的不良记录。”

从大学退学的雷纳在职场上闯荡无果后,又回到了麻省理工学院,住进了“二战”期间作为应急措施在校园角落草草搭建的“夹板宫殿”。这些用木头搭建的临时建筑摇摇欲坠,预期寿命不超过几年时间,原计划在战争期间使用,战后几个月会被拆除。这些房屋吱嘎作响,不仅四面透风,而且被煤烟熏得漆黑,住在里面非常不舒服,窗户偶尔还会被风吹落到临近麻省理工学院的瓦瑟大街上。但是,它们的耐受力却非常强,坚持了几十年的时间,尽管它们的用途在其间多次发生变化。除了麻省理工一直偏爱的编号体系赋予它一个看不出任何含义的楼号以外,20号楼始终没有任何正式的名称,“夹板宫殿”应该是最适合它的绰号了。虽然外观简陋,但是在5名科学家进入这栋临时性建筑工作之后,“夹板宫殿”一夕之间变成了一个传奇的存在。夹板墙和天花板上被凿出一个个孔洞,水电线路通过管道从头顶上和薄薄的挡板中间接进来。伴随着屋外的喧嚣声,创意接踵而至,穿过那热得发烫的沥青屋顶和石棉隔热层,闯进这些科学家的大脑。这栋简陋不堪的三层建筑似乎不仅为他们提供了科研场所,还帮助他们摆脱了各种思想的桎梏。至少有9人因为在20号楼的研究而获得诺贝尔奖,涵盖雷达、语言学、神经网络、声频工程、引力物理学等研究领域。人们在分析这个文化现象时不禁问道:“到底是什么原因激发了如此旺盛的创造力?”1998年,颠覆了人们的预期、存在50年之久的“夹板宫殿”被拆除了。科研人员、附近的居民以及在那片操场上玩耍的孩子们,亲眼见证了这个历史时刻。

雷纳就像在国家征用权斗争中财产被征收一方中的最坚定的抵制者,坚决反对拆除这栋建筑。在“夹板宫殿”里,科学家们经常见面,不经意产生的交集可遇不可求,有着非常重要的意义。有一次,雷纳帮助一位生物学家处理了一只死猫。雷纳说:“嗯,那只猫(当时)还没死,不过就快死了。”那个家伙用那只可怜的猫做实验,结果连接在猫身上的电子器件发生了故障。雷纳克制着自己的同情心(他不敢看那只可怜的猫),帮助那位生物学家从猫身上采集了一些数据。雷纳轻描淡写地说道:“我们就是一个非常有意思的团队。”

当年,雷纳在这栋简陋的三层小楼里四处打听:“请问你们需要人手吗?”如今,60年已经过去了,雷纳几乎没有什么变化(尽管在某些方面有所改变)。那时候,真的有人需要人手。于是,雷纳开始了做实验室检验员的工作,两年之后,他再次恢复了学生身份。雷纳回忆说:“读研究生期间,我非常快乐。其间,我结婚了。我的妻子怀孕后,这段快乐的时光就结束了。我必须走出校园,不是吗?但是,我宁愿永远当一名研究生,因为研究生的生活太美妙了。我可以不停地做实验,永远不用考虑金钱这类问题。就这样,我做了一个又一个实验,有的实验还非常荒唐。”拿到学位之后,雷纳先后在塔夫茨大学和普林斯顿大学工作了一段时间,最后又回到麻省理工学院,成为一名教授。雷纳告诉我,他不喜欢普林斯顿的天气。他这样说似乎是为了避免我进一步发问。

LIGO探测器的灵感产生于课堂之上。当时,雷纳还是一名助理教授,负责讲解爱因斯坦的“弯曲时空”这个晦涩难懂的理论。雷纳告诉我:“(麻省理工学院的人)可能会想:这个家伙去过普林斯顿大学,肯定对相对论有所了解吧……其实,我对相对论的了解非常有限。我指的是广义相对论,而不是狭义相对论。

“但是,我不能坦率地告诉其他人我不了解广义相对论。我在这里开展的研究项目,研究的不就是万有引力吗?我能告诉他们我不懂广义相对论吗?因此,我没有坦白……就这样,我给自己找了一个大麻烦:我必须比学生早一天弄明白讲授的内容。现在,所有人都要面对这种局面,而我早就在这样做了。我无法拒绝这个任务。

“于是,我开始在课堂上讲授相对论。现在,这门课在LIGO项目里占有非常重要的地位,因为整个项目就脱胎于这门课程。那是1968年,或者是1969年。就像我刚才讲的那样,我必须比学生早一天弄明白讲授的内容。这里面的数学知识让我吃尽苦头,我通过思想实验,努力弄懂所有内容。要知道,我是在自学这些内容。我不停地学习,因为这些数学知识太难了,我完全不懂。但是,我没有放弃。学习这门课的学生都非常不错,他们知道我也学得十分吃力,对我表示理解。令他们感兴趣的是,我上课时总在不停地介绍我的实验知识,这种现象非常罕见。你知道,教授广义相对论的人通常不会关注这些实验……学生们没有放弃这门课,是因为我教给他们的那些东西中有很多在其他地方学不到。

“学生们要求我讲解引力波方面的内容……我使用的教学材料是爱因斯坦的德语论文,因为我会德语……我从这些论文中得到了一个启示:让光束在物体之间来回运动,再测量这些光束的变化。这个方法并不复杂,但却非常新颖。这是整个广义相对论中,我唯一理解的内容。

“于是,我以思想实验的形式,提出了一个创意:‘我们通过在物体之间来回运动的光束来测量引力波吧。’这是因为光束的测量可以做到。整个创意是这样的:在这里放一个物体,把另外一个物体放在那里。让这两个物体成直角设置,并且自由悬浮在真空中。然后,在它们之间发射光束,就可以回答‘引力波对光在物体间传播所需时间有什么影响’这个问题了。这是一个程式化的问题,就像俳句一样,不是吗?你绝不会认为这个问题有任何研究价值。”

雷纳的想法是让镜子悬浮在空中,并在与地面平行的方向上自由摆动,然后观察引力波出现时镜子振荡的情况。记录下镜子之间的距离变化,就可以知道时空形态的变化情况。由于光速是恒定的,利用光沿轨道传播的时间就可以测量出整个路径的长度。如果光的传播时间稍有变长,就说明镜子之间的距离增加了。如果光的传播时间稍有变短,就说明镜子间的距离缩短了。

即使再精密的钟表,也无法捕捉到光线传播时间的微小变化。雷纳想出的办法是,利用悬浮的镜子制造一台更精密的仪器——探测器。探测器由两条相互垂直的干涉臂构成,激光沿着两臂传播,而不是在一条干涉臂中来回振荡。从激光器中发射出的激光被分光镜分成两束且强度相同,一束沿着其中一条干涉臂运动,另一束则沿着另一条干涉臂运动。两束激光在干涉臂两端的镜面上发生反射后,沿着两条干涉臂回到分光镜,经过合并干涉之后产生两种结果。如果激光在两个方向上的传播距离相同,那么两束激光汇合后的一个结果是光强会变得更强,另一个结果是光完全消失,剩下一片黑暗。如果两条干涉臂长度不同,两束激光的汇合就不完美,从一定意义上讲属于不同步。

“班上有很多学生都被这个思想实验吸引住了。

“那门课程带给我的收获是,有几名研究生决定跟随我一起研究这个项目(那个实验室真是太美妙了)。我的脑海里经常会浮现一个疯狂的情景:飘浮着的物体,在物体间来回运动的光线。这个想法看起来并不那么难以理解。”

整整一个夏天,雷纳都在考虑这个问题。后来,随着理论上取得进展,以及实验从未停止,他终于在当时还没有被拆除的“夹板宫殿”里制造出一个小型原型机。在这个不大的仪器顶端和两条1.5米长的L型臂的两端装有镜子,但是由于灵敏度不够,它根本不可能探测到时空形态的任何实质性变化。不过,这台原型机是对制造引力波探测器的想法的验证,也统一了他们的思想。随后,雷纳和他的学生提出了一些假设数据。他们希望在恒星爆炸产生的引力波到达地球时,或者在两颗沿轨道运行的黑洞引发时空振荡,最终相互碰撞合并成一个大黑洞时,可以利用他们设计的算法,对这些假设数据加以检验。为了让这个“该死的东西”发挥作用,他们必须等到晚上地铁停运之后才能干活,因为在“红线”地铁从麻省理工学院旁边隆隆驶过时,仪器中的反射镜会发生没有研究价值的摆动。而且,只要有卡车从建筑物后面经过,这些镜子就会错位。雷纳想了一个办法,他在周末封堵了瓦瑟大街。就这样,在近乎荒谬的条件下,雷纳的原型机开始发挥作用。进一步思考你会发现,这些条件也许正是他们需要的。在谈到这次壮举时,雷纳坐直了身体,头高高地扬起,紧闭的嘴角露出一丝笑意。

第二次世界大战爆发时,美国政府毫无心理准备,草草搭建“夹板宫殿”就是政府亡羊补牢的表现之一。经过一番内省,美国人十分感触,他们发现美国缺少一支训练有素的科学家和工程师队伍,这肯定会阻碍军事研究的发展。在战争压力的逼迫之下,美国开始以搭建“夹板宫殿”的速度发展科技,两者的不同点在于后者的产值可能更高一些。强烈的动机在战争还未结束时就催生了一些非常重要的技术(比如,雷达和微波技术),到了和平时期,这些技术又被迅速应用到日常生活中。尽管在20世纪60年代,“夹板宫殿”里的这个实验室仍然依赖于美军联合勤务部门的资助,但是雷纳很肯定地告诉我,军方只对他们提出了一个附加条件或者指令性要求:资助的款项必须用于对从事有科研价值的研究的科研人员和工程师进行培训。

“不,不,这些研究不属于保密范围。军方真的是最慷慨的资助者。当时,他们被越南战争等问题弄得焦头烂额,军方认为,他们的当务之急是对科研人员进行培训(很显然,这个观点是不正确的)。他们希望提前做好准备,以免将来需要完成某个‘曼哈顿计划’或者筹建某个辐射实验室时,再次陷入捉襟见肘的境地……他们一心希望培养出优秀的科研人员,至于这些科研人员将来研究什么,他们根本不关心。”

20号楼就是一个明证。崇尚创造力、自由以及其他优秀品质的美国人,纷纷涌入这个科研“圣地”,开始了孜孜不倦的研究工作。战场上取得的胜利令美国人趾高气扬,也为“夹板宫殿”里的研究提供了动力,让这种与其说是紧张不如说是愉悦的探索研究工作持续了50个年头。战争留下的另一笔遗产是与这类研究相配套的资助体系。雷纳认为,他之所以回到麻省理工学院当老师,就是因为军方资助所具有的自由性。雷纳说:“我甚至不需要提交申请报告,而是直接去找实验室的负责人,他们就想办法为我筹集了5万美元研究经费。这可是一大笔钱啊,我用这笔钱购买了材料,建造了这台原型机。”

在“夹板宫殿”奇怪的学术氛围中,研究成果要么发表要么舍弃的压力不像外界那么大,这使得雷纳摆脱了各种烦琐的规则,以高标准完成自己的研究工作。专业期刊绝不应该刊发任何不完整的研究结果、没有成功实现的想法以及粗制滥造的实验。在学术界疯狂的论文发表潮流中,不乏投机钻营、功利主义的成分,而这正是雷纳避之唯恐不及的东西。他说:“我的短板之一是没有发表多少研究成果,有好几次我都因为这个问题陷入困境。我也不知道最终会怎么样,也许会万劫不复吧……后来,我因为这个问题也吃了很多亏。”

雷纳敢于尝试,注重实际,讲求效率,但是没有政治野心。他做实验的动机非常单纯,就是出于好奇心,对自己的职业发展规划却漠不关心。他说:“我甚至没有考虑终身教授申请年限的问题,这不是我应该考虑的事情。我是一名教授,既然他们聘任了我,我就应该尽自己最大的努力做一些有价值的事。让那些乱七八糟的东西见鬼去吧!”他的洒脱让他能够专心做研究,敢于冒险,也让他显得特立独行。人们对产生引力波的天体现象仍然知之甚少。实验需要大量投入,但是前景渺茫进展缓慢,而且不知道是否具备原型机发挥作用所需的外部条件。因此,即使他成功地制造出这台机器,最终仍然有可能徒劳无功。

“有人告诉我,系里担心我终将一无所获。他们认为我从事的项目不切实际,建议我脚踏实地地做一些能迅速见到成果的研究。我能接受这样的建议吗?当然不能,我只想研究一些有价值的重要问题,我才不关心需要耗费多少时间呢!

“伯尼·波克是天体物理部门的负责人,后来成为我的指导老师。我并不愿意伯尼担任我的指导老师,但是有什么用呢?他坚持做我的指导老师,伯尼的处事方式就是这样。他不停地敲打我:‘你研究的这些东西没有任何意义。看吧,如果你固执己见,你将永远做不成终身教授!’(当时我连终身教授是什么,也没有搞明白。)”

雷纳不可能要求学生在探测器这个项目上花费太多时间。攻读学位需要学习和掌握大量科技知识,而这个项目的生命周期将远远超过学生们攻读学位所需要的时间,尽管雷纳没有说明两者之间到底相差多久。此外,雷纳也承认,他的同事肯定会对他的这个想法嗤之以鼻。完全符合要求的机器,还是一个遥不可及的梦想。同时,他的这个创意不仅需要灾难性的天文现象引发时空振荡,而且振荡的程度必须足够强,才能被机器捕捉到。更何况,符合这些条件的天文现象也许根本不存在。面对不绝于耳的质疑声,雷纳无言以对。

此时,雷纳面临着科研道路上一个司空见惯的抉择。要实现科研目标,雷纳需要制造无比庞大的机器。这台机器至少长几公里,比原型机大好几千倍,甚至比麻省理工学院的校园还大。这么大的规模实在令人匪夷所思,足以成为该项目被放弃的理由。另外,在成果发表方面,雷纳仍然没有任何进展。他的学生只好改换门庭,纷纷转投其他主流项目。雷纳本人也差点儿没有得到终身教职,得不到终身教职就相当于被辞退。祸不单行的是,美国军方联合勤务部门突然停止了对实验室的资助,导致那种舒适惬意的探索研究氛围一下子就不复存在了。“这一切变故的罪魁祸首是越南战争……遗憾的是,在越南战争的影响下,美国国会通过了曼斯菲尔德修正案,这让我陷入了麻烦……从此以后,美国军方的资助就停止了。事实上,科研团队与美国军方是签订了资助合同的,但是后者莫名其妙地就忽视了这个事实。这种情况非常糟糕,要知道,越南战争让美国人深恶痛绝,停止资助是反越南战争运动的一个部分……但是,我的研究项目与军事没有任何关系。于是,我写了一份申请报告,这是我平生第一次写这样的报告。”

1973年前后,雷纳写了一份申请报告,请求美国国家科学基金会同意他使用原型机继续他的研究工作。但是,这份报告遭到了拒绝。由于得不到资助,又不能用有前景的规划将学生留在实验室里,雷纳只好改弦更张,集中精力从事另外一项宇宙学实验——测量大爆炸的余光。(说到这里,雷纳表达了对伯尼·波克的感激之情。正是因为伯尼的干预和一些有益的建议,雷纳和他的学生才能够摆脱困境,去进行一些重要的宇宙学实验。)在新的研究领域里,他卧薪尝胆,取得了不错的成绩,但他当初那个有点儿疯狂的创意似乎要被束之高阁了。

申请报告遭到拒绝,雷纳感到十分失望。大约一年之后,马克斯·普朗克科学促进协会的一位德国物理学家给雷纳打了一个电话。雷纳回忆说:“给我打电话的是亨兹·比林斯。他希望了解探测器制造工作取得了哪些进展……他们对我的这个创意十分感兴趣,希望了解后续内容。”雷纳一直躲在20号楼里研制这台探测器,除了在一次内部报告中提过,他再也没有公开他的研究工作。那份内部报告也许会在小圈子里流传,但绝不会出现在大众图书馆里。因此,他实在想不通比林斯是如何得知这台探测器的。对于这个问题,比林斯的回答是,他的消息来源于雷纳提交到美国国家科学基金会并遭到拒绝的那份申请报告。雷纳怀疑,国家科学基金会肯定广泛征求了意见,引力波研究领域中的所有相关人员可能都收到了雷纳的这份申请报告。

“当时,我们的研究进展并不顺利。但令我们意想不到的是,他们也开始了这方面的研究。我的意思是,他们非要这么做的话,我们是无法阻止的。事实上,马克斯·普朗克科学促进协会的研究团队资金充足,已经完成了早期研发阶段的大部分工作。我一直都很羡慕那些研究资金十分充裕的人。他们有资金,还有一大群经验丰富的专业研究人员……因此,他们启动了探测器研究项目(当时大概是1974年),而我的研究却陷入了举步维艰的境地。”

对于德国人取得的进展,雷纳既高兴又羡慕。他向美国国家科学基金会提出抗议,因为他的申请遭到美国的否决,而德国人却以最有意义的方式对他的申请表示支持。他的理由非常充分,美国国家科学基金会迫于压力,为他拨付了一笔足以完成原型机制造的资金。此时,由于资金充足,精心组建的德国工程师团队“已经在探测器研制工作中,取得了喜人的成绩”。德国人的探测器有3米长,外观十分漂亮,但是与雷纳的探测器面临同样的问题:体积过小,无法探测到引力波。因此,这台探测器不具有任何实际价值,不过是探测器的微型模型。

雷纳的创意已经散播出去,变成了某种实实在在的机器,而且尺寸不断增大,技术也在不断发展。其他科研人员在了解这个创意之后,利用手头的工具,将一个个抽象的概念变成由金属和激光构成的实物。雷纳的劣势非常明显,他知道横在自己面前的是一条难以逾越的鸿沟。最终建成的全尺寸探测器应该是让人们为之疯狂的天文学仪器,也是将声频工程技术发挥到极致的录音装置。但是,他没有办法实现这个目标,只能眼睁睁地看着其他人将这个美丽的梦想变成现实。他默默地守在实验室中,在新老学生的交替中,悄悄地从事着探测器的相关研究。与此同时,他也在其他的前沿实验中取得了一些成功。雷纳的人生道路始于制造高保真音响以便能“轻松听音乐”的梦想,而现在,他躲在一个毫无竞争力、破烂不堪的实验室中,为一个走在世界前沿却被低估的项目不懈努力。

雷纳说道:“就在这时候,我结识了基普,之后我的人生发生了重大变化。”

[1] 埃利斯岛在1892—1943年是美国的移民检查站。截至1943年,估计有1 700万移民在该岛上接受移民局审查进入美国。——译者注