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2016 年2 月11 日周四上午 10:30 （美东部时间），美国 激光干涉引力波天 文台 （laser interfer- ometer gravitational wave observatory 简 称 LIGO）项目主管、 加州理工学院教授 David Reitze 含着激 动的泪花向全世界 宣布了一条石破天 惊的消息： LIGO 团 队成功探测到来自 遥远天际的引力波！ 从而证实了一百年 前爱因斯坦“广义相 对论”关于存在引力 波的预言。我校校友 俞楠博士也是加州 理工学院引力波探 测及其相关技术研 究领域的华人科学 家之一，笔者前不久 在赴美期间有幸采 访了俞楠博士，并转 达了东南大学校友 会对俞楠校友的亲 切问候。
引力波研究重镇
加州理工学院 （ California Institute of Technology，简称 CIT），位于美国加利 福尼亚州洛杉矶东 北郊的帕萨迪纳市 （ Pasadena），是世界 著名私立研究型大 学和引力波研究科 学重镇。加州理工学 院全校学生总数仅 2000 人左右，但历史 上却走出了35 位诺 贝尔奖得主，是世界 上诺贝尔奖获奖密 度最高的学府。著名 物理学家爱因斯坦 （狭义相对论与广义 相对论创立者）、费 曼、密立根、盖尔曼， 著名的天文学家哈 雷，遗传学的始祖摩尔根，火箭专家冯·卡 门都曾执教于此。中国著名科学家钱学森、 周培源、钱伟长、赵忠尧、胡宁、郭永怀、孟 昭英、谈家祯、唐有祺、沈善炯、郑哲敏、庄 逢甘、肖健、李正武、罗霈霖、吴耀祖、白春 礼等也都是该校校友。
俞楠博士1977 年考入南京工学院物 理系（师资班）学习，1982 年毕业获工学学 士学位，同年考入美国亚利桑那大学物理 系深造，并分别于1985 年和1988 年获得 硕士与博士学位。俞楠博士现任美国加州 理工学院喷气推进实验室（ JPL）量子科学 与技术研究室主任，同时也是美国南加州 大学物理学和天文学系兼职教授。俞楠博 士科学研究的主攻方向为涵盖引力波探测 的精密测量。
久久难忘是故园
客随主便。按俞楠博士的建议，我们把 约见的地点定在我入住的帕萨迪纳希尔顿 酒店。让俞楠博士到酒店来似有客主换位 之嫌，好在这里距离加州理工学院及其所 属的喷气推进实验室仅几条社区小街。当 日下午五点刚到，我就在宾馆门口迎来了 俞楠博士。
虽然在国内媒体报道中已见过俞楠博 士的照片，但出现在我眼前的俞楠博士身 着绛红色的衬衫，配上校园中极其眼熟的 双肩书包，还是瞬间刷新了我脑海中的印 象：科学家不都是“满腹经纶、老成持重”， 也可以洋溢着犹如大学生那般朝气。
入座后，俞楠博士最多的话题还是母 校，印象最深的当属古朴沧桑的六朝松和 巍巍矗立的大礼堂。回顾自己的成长历程， 他说自己是幸运的：高中毕业后不仅遇上 了恢复高考，考取了南京工学院（东南大学 前身）学习，到毕业时，改革开放正如火如 荼。改革开放大潮的到来，让包括自己在内 的大批年轻学子能够走出国门继续深造。 回忆起当年的情况，他说“那时国内还没有 托福、 GRE 之类的考试，学生的国际交流 渠道远不像现在这样流畅、多样化。我们是 通过诺贝尔奖获得者李政道教授主持的 Cuspea（中美联合招收物理研究生）交流项 目考试，才进入美国大学学习的。”俞楠博 士甚至还记得当年恽瑛老师等四处奔走， 为我校学生争取参加出国考试名额等一幕 幕情景。
“诺奖级”科研大会战
谈到引力波，俞楠博士介绍说：关于引 力波的研究探测，人们曾有过多种设想。围 绕目前采用激光干涉方式，就有来自世界 十几个国家逾千名科学家 （含中国清华大 学 LIGO 合作小组成员）辛勤工作了25 年，过程中不断克服很多技术上的障碍，如 今终于揭开了引力波神秘的面纱，完成了 当初曾经认为是不可能完成的壮举，并最 终证明，爱因斯坦是对的。“引力波的成功 证实在科学界的影响太大了。核心团队中 两三位科学家的名字出现在明年的诺贝尔 奖的提名名单里，将是大概率的事。”俞楠 博士兴奋地补充道。
原来早在100 年前，爱因斯坦的广义 相对论就预言了引力波的存在：当一个有 质量的物体在时空当中运动的时候，其时 空曲率变化能够以波的形式向外以光速传 播。这种传播现象被称之为引力波。但是爱 因斯坦同时指出，由于引力波对地球的影 响过于弱小，因此几乎是无法探测的。随着 广义相对论的各种结果陆续被证实，科学 界探寻引力波的热情不断升温。20 世纪60 年代，美国马里兰大学韦伯在实验室建成 了人类第一个引力波探测器，并于1969 年 公布了他们研究小组的实验数据，同时宣 称他们探测到某频带的引力波。但这一结 果始终未能被重复验证。1974 年，有两位叫 Hulse 和 Taylor的科学家发现了第一颗电 脉冲双星，这个双星系统轨道周期的变化 与引力波辐射损耗的预言相吻合，从而间 接地证明了引力波的存在。二人因此获得 了1993 年的诺贝尔奖。但即便至此，与人 类如影随形的引力波依然像个谜一样，始 终未露真容。
1991 年，在美国国家科学基金会的资 助下，由加州理工学院主导，联合麻省理工 学院耗资3.65 亿美元，共同设计承建了激 光干涉引力波天文台 （ LIGO），并于1999 年11 月落成。2005 年又 进行了升级改造，直到 2015 年，最新的激光干涉 引力波天文台正式上线， 并在当年的9 月14 日，检 测到了编号为 GW150914 的引力波事件。
引力波探测到底难在 何处？其一是引力波与物 质作用时引起的尺度变化 极小。如 LIGO 激光干涉 法探测的光路长度长达一 千多千米，引力波对光子 作用后产生的振幅仅为质 子直径的千分之一；其二是引力波的频率 很低 （在100 赫兹附近）， 这就导致测量的长度动辄 要逾千公里。因为光以每 秒30 万公里的速度传播， 稍纵即逝。虽然 LIGO 激 光干涉探测仪的臂长 （激 光隧道）为4 千米，激光光 子仍需要在真空隧道中经 过 280 次反射后才达到 1120 千米的计算长度。
其三是引力波难以捕捉与识别。太空 中，在能够被检测的频率范围内的引力波 并不多，而且是可遇不可求的。为了有效剔 除各种噪声 （杂波）的干扰， LIGO 在相隔 3000 公里的华盛顿州和路易斯安那州同时 分别安置了两部完全相同的仪器。如果出 现引力波，就会有规律地在两个探测仪上 同时留下记录。2015 年9 月14 日发生的 GW150914 引力波事件，就是依照时间同 步的规律，迅速从两处探测仪到的海量数 据中挑选出来，并进行了大量对比、分析和 论证，所以一直延迟到2016 年2 月11 日 才向外界公布。
激光干涉引力波天文台的建设还涉及 到许多尖端技术。例如隔振技术、滤波技 术、真空技术、激光器技术、反射镜制造技 术、数据传输、存储与计算（每天有 TB 级 的数据产生）、环境监测与异地原子钟同步 等等。就以激光反射镜的制造来说，反射镜 对硅材料的纯度要求极高，300 万个光子在 其表面反射时只能有一个被吸收，面型加 工精度要达到原子量级。此前进行的改造 中，就包含了对激光反射镜的升级。
迎接波观察宇宙新纪元
引力波的发现不仅填补了广义相对论 实验验证的最后一块缺失的拼图，使广义 相对论预言的所有实验现象全部被验证， 同时还打开了观测宇宙的一扇新窗户。以 往人们是依靠望远镜观察太空的方式研究 宇宙，发现引力波之后，终于改写人类以往 只能“目睹”太空的历史，开启“耳闻”宇宙 的新时代。引力波是唯一能深入探究天体 黑洞的桥梁，通过引力波可以一直追溯到 大爆炸最初始的那一瞬间，从而了解和研 究宇宙大爆炸的更多真相。目前，全球有多 个研究小组都在努力探测引力波，发现引 力波无疑将极大地鼓舞他们的士气，并促 进科研经费和人力资源投入，同时，引力波 天文学这门新学科的大门也将由此打开。
俞楠博士及其团队研究工作的重点是 在精密测量领域，涵盖引力波的探测。例如 高性能频率标准及原子钟，以及用最新技 术为空间遥感和高精度测量提供新手段。 从公开的信息中可以看到，俞楠博士和他 的研究室正在向精密测量研究的纵深进 发，从太空原子钟、光钟，到激光和微谐振 器，非线性和量子光学，到创建国际空间站 冷原子实验室，以及原子干涉重力测量技 术和引力波探测，在引力波探测研究领域， 他们正在为即将到来引力波探测大潮而储 备更多的检测方法，这点从他们在国际顶 级专业学术刊物《物理评论》等发表的论文 得到了证实：
“用于太空的激光测距长基线微分原 子干涉仪” Sheng-wey Chiow，杰森.威廉 姆斯，俞楠。《物理评论》 A92，063613 (2015)；“光学频率梳的延时干扰法”马西莫. 廷托，俞楠。《物理评论》 D 92, 042002 (2015)；“运用单激光原子干涉仪进行引力波 探测”俞楠，马西莫.廷托。《广义相对论与 引力》43 卷:第7 期 特刊页码:1943-1952 (2011)；“引力波原子干涉仪的平移恒定性” E. D 安布罗西奥， L.马利基，俞楠。《物理评 论》 D,76 卷 文章编号:122001 (2007)。
俞楠博士认为：今后的太空引力波探 测天文台，将和地面的 LIGO 共享波观察 宇宙的有力工具之荣。
俞楠博士说：物理学也是一门实证科 学，今后仍有大量物理科学方面的问题或 现象需要用实践去证明，这就需要寻找正 确的方法。发现引力波的过程，就是不断寻 找方法、不断优化方法的过程。正确的方法 显得极为关键。
引力波对物质所产生的位移虽然极其 微小，但却因为它能够诠释浩瀚宇宙的更 多奥秘而不断给我们带来巨大的惊喜。我 们期待俞楠博士和他的研究团队在引力波 探测领域不断取得 新的成就！
（感谢物理系解 希顺教授、校友会副 秘书长李爽对本次 采访活动的大力支 持）