一個(gè)跨越百年的“星海征途”，一代代科學(xué)家矢志不渝的上下求索。不久前，當(dāng)“引力波”這三個(gè)字，以核裂變般的速度引爆全球，全世界都在為這扇探索宇宙新窗口的開(kāi)啟而歡欣鼓舞。這也是一場(chǎng)全世界科學(xué)家的“并肩作戰(zhàn)”，在這場(chǎng)頂級(jí)世界難題的追問(wèn)中，中國(guó)科學(xué)家從未放棄過(guò)自己的努力。
從上世紀(jì)70年代中山大學(xué)開(kāi)始探測(cè)引力波，到此次與LIGO(激光干涉引力波天文臺(tái))“協(xié)同作戰(zhàn)”的清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)，再到由中山大學(xué)牽頭啟動(dòng)的“天琴計(jì)劃”……中國(guó)高校的引力波探測(cè)項(xiàng)目雖然波折迭起，但師生們不斷探索新突破，從未放棄。本期，我們將聚焦中國(guó)高校在引力波探測(cè)中的故事，看看高校科研人如何探聽(tīng)宇宙的遙遠(yuǎn)回響。
中國(guó)足跡：波折迭起難覓“天際問(wèn)候”
中山大學(xué)是國(guó)內(nèi)引力波研究的先行者之一。1973年，中國(guó)科學(xué)院的王祝翔、秦榮先等人前往廣州，商討中科院高能所和中山大學(xué)合作進(jìn)行引力波探測(cè)研究的事宜，得到中大物理系教授陳嘉言等人的大力支持。1976年，國(guó)家科委和教育部決定把這項(xiàng)研究定為國(guó)家重點(diǎn)研究項(xiàng)目。
1979年7月，意大利，第二屆格拉斯曼廣義相對(duì)論國(guó)際會(huì)議。陳嘉言因?yàn)樵谝Σㄑ芯糠矫娴呢暙I(xiàn)，被聘為會(huì)議顧問(wèn)委員會(huì)委員。在會(huì)上，陳嘉言作了《北京—廣州引力波探測(cè)進(jìn)展》的報(bào)告，這是中國(guó)的引力波研究第一次被國(guó)際社會(huì)所認(rèn)可。
1982年1月，陳嘉言不幸在真空罐中觸電殉職。在他離世后，由于人才隊(duì)伍接續(xù)等問(wèn)題，引力波研究也相繼停滯。
我國(guó)的激光干涉儀引力波探測(cè)始于1984-1985年，由清華大學(xué)著名理論物理學(xué)家周培源教授發(fā)起。由周培源的學(xué)生李永貴和朱寧在中科院高能所引力室（北京中關(guān)村）的原理性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建開(kāi)始。1985年，激光干涉儀引力波探測(cè)實(shí)驗(yàn)便是朱寧的博士論文題目。但到90年代，因得不到經(jīng)費(fèi)支持，沒(méi)有進(jìn)行下去。當(dāng)時(shí)連已經(jīng)存在20年的引力實(shí)驗(yàn)室都解散了。
直到2008年，在中科院力學(xué)所國(guó)家微重力實(shí)驗(yàn)室胡文瑞院士的推動(dòng)下成立了空間引力波探測(cè)工作組，引力波的中國(guó)研究才再啟征程。
中國(guó)智慧：苦練“內(nèi)功”凈化天籟之音
2009年，清華大學(xué)被LIGO科學(xué)合作組織（LSC）接受為正式成員，也是目前中國(guó)大陸唯一的LSC成員。中國(guó)清華大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)以高精度的數(shù)據(jù)分析能力幫助“凈化”了引力波探測(cè)中的干擾信號(hào)，加速了邁向星辰大海的征程。
“這次發(fā)現(xiàn)的確美妙和激動(dòng)人心，但日常工作中的海量數(shù)據(jù)分析并不總是令人愉快。”清華大學(xué)信息技術(shù)研究院研究員、LSC理事會(huì)成員曹軍威是清華大學(xué)LIGO工作組負(fù)責(zé)人，他說(shuō)。這一研究團(tuán)隊(duì)著重應(yīng)用先進(jìn)計(jì)算技術(shù)提高引力波數(shù)據(jù)分析的速度和效率，參與了LSC引力波數(shù)據(jù)分析軟件等相關(guān)研究。
為了捕捉“虛無(wú)縹緲”的引力波，研究者們苦練“內(nèi)功”。曹軍威說(shuō)，最大的挑戰(zhàn)在于LIGO數(shù)據(jù)的采樣頻率特別高，達(dá)到每秒1.6萬(wàn)次以上，采樣信道達(dá)上萬(wàn)個(gè)，數(shù)據(jù)量大，需要先進(jìn)的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)做支撐，提高數(shù)據(jù)處理效率，這也是清華團(tuán)隊(duì)的工作重點(diǎn)。
“漫長(zhǎng)的時(shí)間里L(fēng)IGO探測(cè)器并沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)精度，是探測(cè)不到真正的引力波信號(hào)的，可以認(rèn)為實(shí)際大家在處理的全都是噪聲，可就是在對(duì)這些噪聲的一點(diǎn)一滴的處理中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，不斷提升儀器的精度，才有了今天的探測(cè)靈敏度。” 曹軍威如是說(shuō)。
中國(guó)力量：上天入地?fù)軇?dòng)“天琴”探真諦
如果說(shuō)引力波是一場(chǎng)宇宙交響曲，那么美國(guó)LIGO的成果只是一個(gè)序曲。
“未來(lái)引力波的探測(cè)，中國(guó)應(yīng)有一席之地，有自己的引力波探測(cè)平臺(tái)，有自己的引力波天文臺(tái)。”2月21日，中國(guó)科學(xué)院院士、中山大學(xué)校長(zhǎng)羅俊在推進(jìn)實(shí)施“天琴計(jì)劃”研討會(huì)上指出，“天琴計(jì)劃”將成為中方主導(dǎo)的國(guó)際合作項(xiàng)目，集聚全世界最優(yōu)秀的科學(xué)家朝著同一個(gè)目標(biāo)努力。
2015年7月份，由中山大學(xué)發(fā)起的中國(guó)本土引力波探測(cè)工程“天琴計(jì)劃”正式啟動(dòng)，該計(jì)劃提出者正是中山大學(xué)校長(zhǎng)羅俊院士。“天琴計(jì)劃”是以引力波研究為中心，開(kāi)展空間引力波探測(cè)計(jì)劃任務(wù)的預(yù)先研究，制定中國(guó)空間引力波探測(cè)計(jì)劃的實(shí)施方案和路線圖，并開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)研究。
目前，中山大學(xué)珠海校區(qū)正在建設(shè)引力波研究所需的地面基礎(chǔ)設(shè)施。已經(jīng)啟動(dòng)山洞超靜實(shí)驗(yàn)室和激光測(cè)距地面臺(tái)站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，部分技術(shù)研究已有具體進(jìn)展。
雖然中國(guó)沒(méi)有在發(fā)現(xiàn)引力波這項(xiàng)研究中拔得頭籌，但一系列與引力波探測(cè)相關(guān)的動(dòng)作，正見(jiàn)證著中國(guó)高校和科研單位尋覓引力波的力度和決心。也許在不久的將來(lái)，引力波這個(gè)宇宙最美初音里終將會(huì)傳出動(dòng)聽(tīng)的中國(guó)音符。
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除了日前風(fēng)頭正勁的天琴計(jì)劃外，中國(guó)還有多個(gè)與探測(cè)引力波相關(guān)的項(xiàng)目正在建設(shè)中……相信在不久的將來(lái)，傾聽(tīng)捕捉到宇宙中引力波的“呼吸”將不再是夢(mèng)想。
太極計(jì)劃：2008年，中科院多個(gè)研究所及院外高�？蒲袉挝还餐瑓⑴c開(kāi)始發(fā)起“太極計(jì)劃”。按計(jì)劃，我國(guó)將在2030年前后將發(fā)射由位于等邊三角形頂端三顆衛(wèi)星組成的引力波探測(cè)星組，用激光干涉方法進(jìn)行中低頻波段引力波的直接探測(cè)。該工程可以覆蓋地面裝置無(wú)法探測(cè)的引力波中低頻段。
阿里計(jì)劃：致力于“在地面聆聽(tīng)引力波音符”的中科院國(guó)家天文臺(tái)阿里觀測(cè)站位于西藏阿里地區(qū)海拔5100米的山脊上。建成后，有望填補(bǔ)北半球觀測(cè)宇宙微波背景輻射的空白。中國(guó)科學(xué)家更可在世界屋脊，捕捉宇宙誕生的“初啼”。
FAST：引力波會(huì)使脈沖到達(dá)時(shí)間發(fā)生變化。如果能觀測(cè)到全天的脈沖星或者某一方向上的多個(gè)脈沖星周期發(fā)生變化，就能探測(cè)到引力波。中國(guó)貴州，科學(xué)家們正在建造面積相當(dāng)于30個(gè)足球場(chǎng)的世界最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）。該項(xiàng)目的一個(gè)重要目標(biāo)是利用脈沖星探測(cè)引力波。
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