第8章　主旋律的变奏

坐落在亚诺河畔的比萨，是古罗马时代最重要的港口城市。它高出海平面4米左右，12世纪以前还只是远航的一个基地，但在参加了第一次十字军东征之后就成了一个共和国。当时，凭借着繁荣的经济和发达的艺术，它的影响力波及整个托斯卡纳海岸。就是在这段繁荣时期中的1174年，比萨塔——后来成了著名的比萨斜塔——破土动工了：地基上矗立起6层弧形建筑，层层之间搭建得并不十分牢靠，顶端是一层通风钟楼。

这座白色大理石塔楼类似于一个摇摇欲倾的婚庆蛋糕，好像它是建造者们在一个工程狂欢宴会上喝得醉醺醺时建造的似的。建造第三层时，塔身就开始倾斜了。这是由于地下蓄水层的原因，地基开始下沉了的缘故。作为文化象征，比萨斜塔仍在源源不断地吸引着游客前来参观，照相机的咔嚓声也此起彼伏。人类首次从科学的角度看待重力的传说就发生在这儿。这个听起来颇像杜撰出来的故事，讲的是伽利略从塔顶丢下两颗质量不同的圆球来证明自己新的重力观。在那之前，亚里士多德关于落体的观点才是物理学的权威理论。这位古希腊的圣人声称较重的物体下落较快一点。但伽利略从自己的实验中得出的结论却是这位先人错了。他发现物体下落所用时间与质量无关。不考虑空气阻力的话，一颗小弹子将与一只保龄球下落得一样快。在《两大世界体系的对话》一书中，伽利略通过一个名叫沙格列陀的角色之口道出了这个实验：“我……已经做过这个实验了，我敢保证一颗一两百斤，甚至更重的炮弹落地时，决不会超前一粒半斤重^[80]的步枪子弹[巴掌大]的距离。”伽利略给牛顿做好了铺垫，而牛顿又为爱因斯坦的成就打好了基础。我们现在对引力的理解正是起源于伽利略的奇思妙想。

比萨斜塔曾经关闭过一段时间。其间，工人们给塔北部的地基加上了一系列的重物来抵消不断增长的倾斜度。正当比萨政府部门努力保护着传说中的引力实验台时，附近其他一些人已经开始准备着把引力研究推向未来了。一个法意联合小组正在建造一台LIGO式的探测器，命名为VIRGO，地址就选在了比萨外围辽阔的冲积平原上。虽然说LIGO仅仅依靠两个单独的探测基地来排除局部干扰就可以自己探测引力波了，但它只有作为全球引力波探测网的一个节点，才能带来最大的科学收益。VIRGO将会是这个探测网的一个节点，其他的探测器们也将会加入进来。一个英德合作小组已经在德国的汉诺威附近建造了一台臂长600米的干涉仪：GEO600。而日本也建造了一台臂长300米的干涉仪。澳大利亚也有自己的大型干涉仪计划。

所有这些探测设备，最终将一起构成一个全球范围的引力波探测系统，类似于全球射电天文望远镜网，后者使得全世界的射电天文学家都得以对比自己的观测数据。这个引力波探测系统不包括共振棒式的探测器。但某些特定频率的引力波信号经过时，圆柱共振棒探测器和更新的球状共振棒探测器确实会提高整个探测网的性能。美国一个科学委员会曾反对建造一台球状共振棒探测器，这就给人们留下了这么一个印象：正如一个观察家所说，“共振棒探测器已经是明日黄花了”。但引力波研究者们却普遍认为，在这个领域，两种探测器缺一不可。“现在只有共振棒探测器能给我们探测数据，”意大利INFN的阿戴尔伯特·贾佐托说，“停止这种探测看来是疯狂之举。我们必须继续下去，直到两种探测手段都能奏效。而在此之前，很难对它们进行一个比较。我们还要考虑到天体物理学。可能只有球状共振棒探测器才能看到最有趣的天体物理现象。”在专家们的想象中，最终会出现一系列不同类型的探测器，它们对于理解引力波信号都将会做出自己独特的贡献。

基普·桑尼曾于1980年写道：“探索引力波是一个风险很大的游戏，它需要花费很长的时间、付出辛苦的努力，而且完全有可能失败。”20年过去了，这个评论仍然正确。探测都是建立在“聆听”和比较数据的基础上的。像两个天体碰撞或超新星爆发这样的突发辐射源，没有三四个天文台是不可能给出它们的具体方位的，就像观察者需要几个点才能确定出一个位置一样。每个天文台的作用就如同观察者测定某一位置时所用的标杆。LIGO和VIRGO联手的话，就有可能把天上辐射源的方位精确到10弧分以内，而不再是1度以内了。（通过地球在绕日轨道上的运动引起信号频率的多普勒红移或蓝移，单靠一座天文台还是有可能定出脉冲星这样的持续引力波源的大致方位的。）

VIRGO项目是由来自意大利和法国的100多名物理学家和工程师协力开创的，干涉仪的建造始于1996年5月。它的管道臂比LIGO的短了一些，只有3千米长，而不是LIGO的4千米。它们被埋在一片沙土质农场里，一条南北走向，另一条东西走向。周围的农场里种的都是用作糖料的甜菜、玉米以及用作油料的向日葵。北面的群山就是米开朗琪罗雕塑所用大理石的来源地。在铺设长达几千米的管道之前，VIRGO的工程师们还检查了这片土地里是否还藏有第二次世界大战时埋下的地雷。第二次世界大战一场最重要的前线战斗就是沿着亚诺河展开的，正好穿越这座天文台所在的位置。VIRGO的中心建筑比LIGO的小一些。除了一座主楼之外，还有四座较小的楼房，都是由水泥和乙烯壁板建造而成的。从远处看，它就像是一个小型的工业园区。一条长长的排水沟从旁边穿过，沟两边筑有土质防堤，是在亚诺河泛滥时做应急水道用的。事实上，在VIRGO建造的过程中，由于地下室进水，青蛙倒成了一个让人头疼的问题。

贾佐托是VIRGO项目意方的总指挥，法方对应的人物是阿雷恩·布利莱特。贾佐托的办公室位于比萨南部INFN的一个中心，那儿是一片名叫“格拉多的桑皮罗^[81]”的郊区，四周围绕着茂密的国家森林，离VIRGO探测器只有一小段车程。“这儿就是VIRGO的诞生地。”贾佐托到达实验室时，满脸骄傲地说。VIRGO这个名字来自于室女座星系团，意指这套探测设备所能探测到超新星爆发的距离，刚好有这个著名的星系团那么远，距离我们大约5000万光年。他们希望探测器通过扫描这么大的宇宙空间，一年至少能找到几个引力波辐射源。贾佐托个头很高，穿戴整齐，稀疏的银灰色头发，更衬托出他一身的贵族气质。但他办公室里的设施却都十分实用，一张办公桌，一个橱柜，还有一排文档盒。在这间简朴的办公室之外是一条人行道，从那儿可以看到实验室全景。工作人员们正在实验室里准备着VIRGO的探测设备。正像这个领域里的许多人一样，贾佐托也是从粒子物理领域转过来的。他以前是一位实验家，是用同步加速器研究弱核作用力和核粒子结构的。但他在转攻引力研究方向时并没有遇到太大的困难，对他来说这仍是个粒子物理问题。他宣称自己的目的就是“寻找引力子”，一种像光子传播电磁力一样传播引力的粒子。他还说：“要想找到它们，唯一的办法就是建造天文台。找到了之后，将大大有助于我们理解这个宇宙。”

贾佐托是于20世纪70年代中期在CERN做粒子物理实验时开始考虑引力波探测的。接下来的10年里，他积极奔走，争取让激光干涉仪在意大利也生根发芽。但有一点他很确定。从一开始他就计划建造的一套设备，其探测的引力波频率要低于其他系统所探测的引力波频率，这就意味着他把注意力集中在地震隔离——探测低频引力波的最大障碍上了。80年代中期，在罗马大学举行的引力年度会议上，他展示了自己第一次测试的结果。这次会议上，他碰到了法国一位激光干涉仪方面的先驱布利莱特，后者对建造一个大型探测系统很感兴趣。最终，他们展开了合作，并从两国的物理学会获得了资金支持。贾佐托坚信探测低频信号对于研究某些辐射源来说至关重要。就拿中子双星的合并来说吧，“探测频率在100赫兹以上的引力波的话，在两颗中子星合并之前，你只有3秒的观察时间，”贾佐托说，“但如果从10赫兹开始探测的话，你就有1000秒的观测时间了。这就是我从低频开始的原因。”他还设想VIRGO的探测低端最终要达到4赫兹，这样的引力波其波长将会有8.5万千米之巨（是地球到月球距离的1/5）。

要想探测4赫兹的引力波，悬挂系统的外部震动噪声必须减小12个数量级——震动能只能有原来的一万亿分之一那么大。这样做是为了防止外部震动沿悬线传到实验物体上去。为了做到这一步，VIRGO的研究人员们开发出了一种独特的隔震系统，取名为“超级减震器”。跟LIGO的一样，VIRGO的隔震系统也不含橡胶减震部件，而是由6个圆环叠放在一起，构成一个3层楼高的结构。从某些角度上看，它就像一座多层斜塔，只不过是竖直的而已。每个环都是一个作用力过滤器，都是由6片拉紧的金属片构成的，足以挡住通过悬线传给底部实验物体的噪声。这种配置看起来效果不错，至少对于INFN实验室里的原型来说是这样。“我们用一台发动机摇晃原型的顶部，频率10赫兹，振幅1毫米，”贾佐托说，“但我们在底部探测不到任何振动，至少在10^-10量级上探测不到。”普通的地震震动，就是设备每天都要碰到的那种，其幅度实际上还要小于1毫米。贾佐托很清楚失败的可能性很大，特别是这种首开先例的尝试。他曾这样说过：“我们真的是在栽树给后人来乘凉。”

关于VIRGO的未来，贾佐托倾向于一个颇具争议的提议：在附近，约莫50千米之内，再建造一台探测器。他指出LIGO的探测器相继那么远，某些类型的波到达两台探测器时，会有“异相”的可能。但两台探测器相距很近的话，到来的波就会“同相”，同时起落。把两者的信号叠加在一起，就可以把要探测的信号给放大了。当然，这样也会增大当地干扰以同样的方式影响两者的机会，辨别出真正的引力波就更为困难了。贾佐托相信一套很好的隔震系统可以解决这个问题。

从某种意义上来说，VIRGO已经有一个同伴了。在欧洲已经有一台差一点的激光干涉仪了，它是世界上最早的激光干涉仪项目的一个产物，这个项目的总部设在德国，已经存在25年了。德国的引力波探测是在海因兹·比令的指导下开始起步的，当时比令正在位于慕尼黑的马克斯·普朗克物理与天体物理研究所工作。此项目最初的启动完全出于偶然。当时研究所下辖有一个物理分部，专门研制用于科学计算的计算机，这在那个商业计算机还不能处理复杂公式的年代，是至关重要的。但是等到计算机工业能满足科学计算的需要时，研究所的计算机开发者们就发现自己无事可做了。当乔·韦伯宣布他探测到引力波了的时候，他们又有了新的使命。“韦伯的声明唤起了所有天体物理学家的兴趣，”计算机研究小组的一名前成员罗兰·西林说，“他们说太兴奋了，如果韦伯的声明是正确的话，将会给天体物理学带来一场全面的革命。”研究所里的所有成员都想重复这个实验，但只有计算机研发小组才有必需的实验技术。于是，几乎是在一夜之间，计算机小组的成员们成了引力波探测器的建造者。

很快，慕尼黑小组就建造并运行了一台室温共振棒探测器，而且还与在意大利弗拉斯卡蒂独立建造的另一台共振棒探测器配合工作。然而，没过几年，大家就发现韦伯的结果可能是错的了。但是星星之火已经点燃。当时已经有了两种改进方案：建造一台超低温的共振棒探测器，或者转向激光干涉仪。慕尼黑的研究者们想沿着共振棒探测器这条路继续走下去，但苦于在低温方面既没有充分的技术储备，也没有必需的基础设施，不得不转往激光干涉仪方向。他们从怀斯和福沃德的工作中获得了灵感，于1974年定制了第一台激光器。当时他们的态度可谓十分乐观。“我清楚地记得，最初我们的意识中都有一个简短的时间表，都认为将会花上5～10年的时间。”西林说。从纸面上看来，所有的一切都充满希望。但就像苏格兰的德莱弗一样，德国的研究人员们很快就发现新方法有许多缺陷。第一批镜片质量太差了，粗糙的表面散射严重，大大降低了灵敏度。他们花了10年时间才搞懂如何处理激光束的细微波动，并找到了安放实验物体的最佳方式。最初他们把镜片直接夹在铝块上，但连接处成了振动的一个主要来源。他们的第一台干涉仪臂长只有30厘米。后来，又建了一台3米的。尽管有很多技术挑战摆在面前，但他们仍然信心百倍，特别是在约瑟夫·泰勒于1978年前往慕尼黑出席一次会议，并宣布了自己已探测到第一批来自脉冲双星的引力波信号之后。泰勒的结果，至少间接证明了他们难以捉摸的探索目标并不是虚无缥缈的。

从20世纪70年代到80年代，德国激光干涉仪小组一直保持着这种仪器灵敏度的最佳纪录。慕尼黑小组是通过利用怀斯最初的干涉仪设计方案，并只保留所有东西的精髓来保持领先的。在此过程中，他们对这种技术做出了极具价值的贡献，比如弄明白了怎样用金属丝悬挂实验物体来降低地震干扰，后来他们又把镜片自身当作了实验物体。这些革新现在都成了所有规划中和已建成的激光干涉仪引力波天文台标准的仪器使用步骤，但当时这个小组在此领域还处于走T形台的时代^[82]。就是在那个时候，他们得到了现在已定型的基本实验技术。

时至今日，西林已经在引力波探测领域工作了20多年。从研究人员都能够道出这个领域所有人员名字的最初阶段，引力波探测群体现在已经拥有工程师、技术员、天文学家和物理学家数百人了，尽管他们还没有捕捉到一个真正的引力子。“即使我们只探测到了预期的辐射源，”西林说，“科学上收获的价值也将大大高于投入。”西林之所以坚持探索引力波，还有另外一个重要原因。他是这样说的：“对比一下光学、无线电、X射线和伽马射线天文学的历史就会发现，常常会出现你从未想到过的辐射源，常常会有意料之外的惊喜。难道对于引力波探测来说就不应该是这样的吗？”这种观点已经成了这个领域的口号，这个领域的立足之本。

激光干涉仪在1982年出现了转折点。从干涉仪控制方面的经验中，西林提出了光能循环的概念。最初他认为由于需要极其光滑的镜片，这样的设计并不会带来多少好处。但是隆·德莱弗注意到了超级镜片正在从军用技术中一步步走向他们，并独立地发现了相同的原理：封锁住光线不让出来，这样它们就会一直在镜片间来回反射了。这种措施的效果看起来就是给了系统一台更为强大的激光器，也会帮助降低系统的噪声。直到有了这个突破之后，激光干涉仪才在引力探测的赛场上，勉强跻身为共振棒探测器可怜的小弟弟。激光器功率低、光散射问题、数不清的振动以及镜片质量差等，让这种技术看起来仍是一匹黑马而非大热门。直到80年代中期，它的地位才大为改变。在超级镜片和稳定光源的基础上发展而来的光能循环技术，是一个十分重要的进步。现如今，激光干涉仪已经成了顶尖级的竞争者，而共振棒探测器却正在争取在全球引力波探测网中占有一席之地。西林指出：“从一开始，激光干涉仪的优势就在于它们是宽频探测器。”也就是说，它们可以探测一个宽范围的引力波，而共振棒探测器却要局限于一个很窄的频率范围内。

1983年，慕尼黑小组开始运行一台臂长30米的激光干涉仪——现在该小组已是位于慕尼黑近郊小镇加奇的马克斯·普朗特量子光学研究所的一部分了。在专注于提高干涉仪灵敏度一段时间之后，小组开始把注意力转向了更多的技术问题，并把干涉仪当作了新技术的试验台。“如果你想运行一台大型探测器的话，这些都是必须解决的问题。”西林说。就像美国的研究小组一样，一台更大的设备已经在慕尼黑研究人员们的脑海里酝酿了。刚开始时，他们觉得在量级上应该循序渐进。他们已经依次建造了30厘米、3米和30米臂长的探测器，接下来看似应该试一下300米的了。但是，出于政治上的考虑，他们觉得应该大步跨到3千米上去，因为这个尺寸才有机会探测到点东西，“尽管这与我们通常的思维相抵触”，西林说。他们一个明确的态度就是要在世界引力波探测领域站得住脚：让我们停止捣鼓技术，去弄出点结果来吧。与此同时，格拉斯哥的激光干涉仪研究人员们也正琢磨着在英国建造一套类似的设备。而在80年代，两国都出现了预算危机，于是两个小组就于1989年开始了合作，并给这个项目取了个名字叫作GEO，“欧洲引力天文台”的意思。“我说我们应该叫它EGO，欧洲引力波天文台的简称^[83]，”西林轻轻一笑说。这个建议却被众人谢绝了。

1989年夏，时任马克斯·普朗特量子光学研究所常务主任的荷伯特·沃尔特，在一次激光光谱学会议上碰到了卡斯坦·丹兹曼，并说服了他来接手加奇的引力波探测项目。尽管有过不了几年就要更换研究方向的习惯，但丹兹曼还从不曾研究过引力波物理。他原来学的是气体放电物理，花了10年在重离子碰撞、激光光谱学和正电子特征的研究上，而且还有建造紫外激光器的经验。但他还是欣然接受了邀请，要在这个新研究上一试身手。引力波研究需要“坚定不移，愿意冒险，失败时仍能保持乐观态度的人”，丹兹曼这样说，话语中透露出浓重的口音，这是在斯坦福大学教书时留下的。他还补充说，在天才和这个标准之间，还有一小片边缘地带。“我们可以直截了当地说，在这个领域里，标准那边的人所占比例要比其他任何领域都要高很多^[84]，”他哈哈大笑说，毫不拘束，跟在家里一样。当他来到加奇时，GEO计划已经在拟定之中了。但还不到一年，这个项目就土崩瓦解了。东德（民主德国）、西德（联邦德国）统一后政府面临着一大堆财政难题，原要投给这个项目的资金也被取消了。到了1991年，政府支持全部撤销了。英国也由于预算问题冻结了这方面的资金。

其间，德国汉诺威大学物理教授荷伯特·威灵建议学校设立一个引力波物理方面的讲席，来扩大引力波研究的范围，正如加州理工学院所做的那样。建议被采纳后，丹兹曼于1993年接受了这个职务，并在汉诺威建立了一个马克斯·普朗克量子光学研究所的前哨站，还把加奇研究小组的很多人请到了这个北方小城来。一到汉诺威，丹兹曼就开始与詹姆斯·哈夫展开讨论了。这时哈夫已经接替德莱弗当了格拉斯哥引力波探测小组主任，正准备把GEO重新提上日程，只不过这次的规模小了很多。“我们决不坐以待毙。”丹兹曼说。这次他们只能申请到1000万马克，还不到原GEO费用的1/10。“如果决意冒险，做任何事都另辟蹊径的话，我们确信用很少的资金就能做好，”他强调说，“所需要的只是一点创新意识。”除了创新，他们别无出路。新工程的尺寸将只有原来的1/5。

由于臂长为600米，他们就给这套设备重新命名为GEO600，目标是探测10^-21量级的应变，比当时的原型强上千倍。丹兹曼认为它的优势在于体积小，灵活度很高。一旦有了新的想法，很快就可以更换设备，而不像大型探测系统那样，必须提前好多年就得选定设计方案，且不得再有更改。这样他们就可以很方便地试用其他探测基地已采用的，而且性能不错的配置了。GEO将扮演先进干涉仪设计实验台的角色。“如果缺乏资金，你得学会变通才能坚持下去。”丹兹曼这样说。这就意味着他们首先探测到引力波信号的可能性很小。抑或在大型探测系统首先探测到引力波之后，就可以在全世界建造一批像低成本的GEO600这样的小型天文台，来提高引力波探测网的性能了。

GEO600位于汉诺威南方30分钟车程处。这里是一个农业试验基地，土地归政府所有，是由汉诺威大学用来进行农业研究的。探测器就建在这片满是小麦、大麦、苹果、梨、覆盆子、草莓和李子的农田中间；管道臂是沿着农田小道建设的，很方便。1995年，工程开工，他们用单麦芽威士忌祝了酒，并往地基上也洒了几滴，算是对远方苏格兰方面的研究人员致敬了。“德国啤酒是后来内部供应的。”丹兹曼说。多年的亲密合作伙伴哈夫和丹兹曼，都是GEO600的项目负责人。波茨坦艾尔伯特·爱因斯坦研究所的伯纳德·舒兹给了他们数据分析方面的技术。

设备尺寸曾受到了可用地的限制。它差点没有被称作GEO573，因为其中一条管道臂只有573米长就到分配地皮的边界了。为了建成600米长的管道臂，他们以每平方米每年27芬尼^[85]的价格租下了相邻的农田。为此，他们每年大约要多花上270马克。他们没打算把GEO600弄得更长一些，建成另一个LIGO。沿农田再往前走200米就是莱纳河了。“这只是一个试验，”丹兹曼强调说，“并不是说要做上半个世纪那么久。”

如果说LIGO是一场奢华的百老汇演出的话，GEO600就只能算是一场高中生比赛了。为了降低费用，德国苏格兰联合小组十分依赖学生劳动力，把他们放到了同汉诺威的技师及员工们一样重要的地位。“整个中心建筑只有LIGO的电子设备间那么大，”丹兹曼悲哀地笑了一下说，“承包商们的任务繁重，像铺水泥、建房顶以及整个楼体都是他们的活。剩下的就都是我们的活了。”学生们设计了无尘室的空调系统，共花费了2万马克。如果雇商业组织的话，将花费100万马克。为了节省费用，他们甘冒风险，比如向北和向东延伸的真空光束管。丹兹曼还说：“这种设计还没有经过实践检验。尽管花费只有其他设计方案的1/10，LIGO还是因风险太大而放弃了这种设计。我们现在使用的真空管，在通风口和空调系统中很常见。这种管子管壁很薄，通过增加褶皱来提高硬度，从头到尾都是这样的，看起来像一只长长的风箱。如若不然，它将因顶不住压力而破裂。真空管的壁厚只有0.8毫米，总长度为60厘米。这样的设计用材很少，所以能够降低材料费用；另外管子很轻，操作起来也很方便，我们可以让学生来搬运它们。而且对支撑系统要求也不高，因为管子约略只有一张湿窗帘重。加热起来也很快，毕竟管壁很薄嘛，200安培的电流就足够了。”

GEO600使用了一项很有前途的新技术来提高灵敏度，即“信号循环”技术。“信号循环”完整的概念是由格拉斯哥的物理学家布赖恩·米尔斯首次提出的。这种概念就是把干涉仪想象成共振棒探测器，可以“调”到一定的频率上。现来考虑一台收音机，你可以通过旋钮把它调到一定的频道，这样收音机就被锁定在固定频率的载波上了。接下来收音机就会接收载波“旁频带”的信号，也就是频率在载波附近的那些无线电波，而音乐和对话等都藏在这些电波里。从某些方面来说，引力波望远镜与收音机的工作原理相似。激光的频率是固定不变的。但引力波经过时，它就会扰动镜片，并影响到激光的频率。也就是说，引力波可以被看作暗含在激光频率两侧的“音乐”。这样一来，在干涉仪内来回循环的激光束，就有了暗含引力波在内的旁频带。循环过程中，旁频带就会被从激光载波中剥离出来，并送回干涉仪。这样，就可以建立并放大引力波信号了。

尽管臂长不足，但GEO600仍有潜力得到相当高的灵敏度。理想状态下，它在宽频带上会比LIGO的灵敏度低上三五倍。而在某些特定的、更窄的频率范围上，其灵敏度有可能接近于LIGO和VIRGO。原因就在于GEO600采用了大型探测系统将来才会采用的一些工程技术。除了信号循环外，它还使用了更先进的悬挂系统。最初的LIGO使用的是一个钢丝做成的简单单摆系统，这种设计已被证实可行了。而GEO600使用的是熔融石英丝制成的三层悬挂系统，LIGO打算在将来的升级中也采用这种方案。丹兹曼说：“这套设备的全部目的就在于向前推进实验结果的极限。当然，如果一切顺利的话，它也能探测到引力波信号，尽管这并不是它的主要目的。”

日本的TAMA300工程也是全球引力波探测网的一个节点。这台干涉仪位于三鹰市的国立天文台，离东京有20千米远。与其他探测器不同的是，TAMA300的300米长的管道壁全部建在地下长长的水泥管道里。他们还计划今后要建造一台臂长3千米的探测器，并使用冷却到接近绝对零度的镜片来降低热噪声。虽然TAMA300的臂长限制了它作为真正天文台的作用，但它已经是一个重要的研发中心和未来干涉仪技术的实验台了。

这些天文台存在着一个缺陷。所有这些早期的干涉仪都是建在北半球的，地理上的局限性大大影响了对引力波辐射源的定位。考虑到这一点，澳大利亚的研究人员们认为在澳洲建上一台探测器将会提高全球引力波探测网的性能，并为此积极奔走。他们把这台探测器叫作AIGO ^[86]，“澳洲国际引力天文台”的意思。AIGO与其他探测设备的距离几乎都相等，这样的地理位置既增加了引力波望远镜网的灵敏度，又增加了其分辨能力。澳大利亚在宇宙探测上投入的力度很大。“一台南半球的探测器，是全球引力波探测器阵列的一个重要组成部分，”澳大利亚国立大学的约翰·桑德曼说，“一台干涉仪并不是一架真正的望远镜。事实上一家天文台需要至少4台干涉仪。”

澳大利亚的研究人员们已经建造了第一台探测器，地点在珀斯向北1小时车程处的沃林伽普平原。常常有游人穿过这里前往澳洲著名的尖峰石阵。这片只有土著居民的土地是一片沙质平原，吸收地震震动的效果理想。这台探测器将分步建造。刚开始建了一台80米长的原型来测试所需技术，之后在资金允许的情况下，将不断加长管道壁，直到4千米长。这样一来，它的观测范围将从银河系扩大至其他星系。像GEO一样，AIGO也将会冒险采用先进的材料和设计方案。“引力波望远镜不是光学望远镜，你不能把它建好后就放在那儿好几年都不改动，”桑德曼说，“这是一个不断引进新技术的过程。”他想象着在LIGO的灵敏度曲线上“钻一个洞”——换句话说，通过这个项目他们可以探测的越来越小的应变，远小于LIGO所能探测的，只不过要局限在一个能使用信号循环技术的频率范围内。他们还在试验用人造蓝宝石来代替熔融石英作为镜片和其他光学仪器的原材料，来提高灵敏度。

也有可能一旦世界上所有的探测器首次全部打开——开启激光器并收集数据——立刻就能探测到一些信号。然而，这更像是一次试验航行，一个慢慢学习仪器使用和理解各种不同噪声的过程。大部分人都相信10年内，在第二、第三代探测设备建起来之前，将不会探测到哪怕一个信号。但是，一旦有人捕捉到一个引力子，无疑将会成为诺贝尔奖的热门候选人，这个诱惑有可能把引力波探测领域推向各天文台之间的一场高利害竞争中去。怀斯很担心这个。“我们已经说服人们为我们提供3亿美元来玩这个游戏了，”他说，“欧洲也发生着同样的事，现在又要蔓延到日本和澳大利亚了。如果科学家们像小乐团经理们一样争抢生意的话，那我们就麻烦大了。要是退化到这一地步的话，我将十分生气。”他怀疑这是不是从粒子物理领域带过来的恶习（很多引力波天文学家都来自于粒子物理领域），大家都拼命抢在前面得到结果。

为了阻止这种白热化的竞争，怀斯想建立一套确认“最先发现”的准则。1998年在利文斯顿探测中心召开的一次引力波研究大会上，怀斯丢出了这颗重磅炸弹。他说：“核心问题在于探测者的信心。”谈到LIGO，他希望他那三台干涉仪（两台4千米长的，一台2千米长的）能同时进行探测。此外，在汉福德和利文斯顿之间应该有一个适度的时间差（10毫秒传播时间），还应该没有什么明显的环境干扰。所有的基地探测到的都应该是一样的波谱，一样的波频和一样的波幅。“我们花了很多钱，所以一定得小心谨慎。”他强调说。他还推测，等到这个领域成熟起来，并有了更多的探测活动之后，再判断一个信号是不是引力波就不会有那么大的出入了。在这之前，他希望能避免过去那样的冲突。他给当前世界上引力波项目的头头们开出了这么个药方：“只有在全球所有运行着的探测器，都进行了数据分析并得出具有统计意义的结果之后，才能宣布探测到了引力波……把数据和统计结果交给由各个观测小组的代表组成的委员会。最初发表的内容要分为两个部分。一篇论文来自观测小组，内含他们的分析；另一篇来自委员会，内容包括这种全球性探测的统计学意义，特别是某些设备探测到引力波的可能性和把握度，以及其他设备没有探测到引力波的原因。”

怀斯还提问说，如果一个小组宣布探测到引力波了，而其他小组持不同意见怎么办？他自己回答说：“那样的话，我们绕了一圈又回到了乔那儿。”这里他指的是就韦伯的共振棒探测器检测到的结果，在韦伯自己和引力波探测领域其他成员之间至今仍然存在的分歧。如果引力波探测器检测到了振动，而伽马射线探测器和地下的中微子望远镜也接收到了来自银河系一颗可见超新星的信号，那么，整个引力波探测领域都将喜气洋洋。这将会是另一个灰姑娘的故事，但更有可能的是判定过于武断了。正如高能物理方面的老手们在利文斯顿大会上向怀斯指出的，更为现实的做法是假定那些声称可能探测到了引力波、并催生出某种声明的新闻存在漏洞。在这个网络发达、消息灵通的世界上，深思熟虑后得出的结论还是能坚持一小段时间的。在有多大的把握时才能说某种东西是一个“发现”，或者仅仅是“××的一个证据”，这个问题即使最优秀的科学家们也会莫衷一是，而且周围的环境还会改变他们的看法。正如辩论中一位LIGO的研究人员所说的那样，“资金缩减时，标准也可能会跟着降低”。

LIGO这个项目曾因受到反对而几度下马，但由于NSF坚信它的合理性，并力争保留它，这才坚持了下来。因此，研究人员的压力很大，要尽快探测出结果来。“但如果LIGO给出华而不实的结果，它将失去大家的支持。”盖里·桑德斯说。

为了提高结果的可信度，怀斯希望全球的探测小组都克制自己，不要发表没有把握的结果，特别是在一台探测器探测到了所谓的信号而其他探测器都没有的情况下。他希望引力波天文学家们单独行动的同时，还要为大局着想。“满眼望去，都是我们的年轻人——现在也都有了白发了。他们已经在引力波探测领域工作了20年。这是我们做科研所必需的时间，”他着重强调说，“引力波探测并不仅仅是一个实验。我们希望能更深入地了解这个宇宙。”天文学其他领域也有这种合作的范例。比如说，天文学家们已经达成共识，任何看似来自地外文明的信号，都必须得到两个或两个以上的天文台的证实才能公布于众。而共振棒探测小组们已经在交换数据并一同发表结果了。

但是巴里希反问道，一家天文台在发布结果之前，应该要等上多长时间呢？这个建议真的可行吗？除非信号特别强，不然判定是不是一个引力子将需要一个很长的过程。仅仅在一个探测小组内，就需要几个月甚至几年的时间来排除所有可能的干扰源，最终达成一个可信度很高的共识。通过计算机分析，将花上一个小组一整年的时间来把引力波信号从噪声中提取出来。为了让另外一个小组检验他们的数据并得出相同结论，他们一定要再等上一年的时间吗？拦下一份声明给这个领域带来的危害，要比过早地宣布一个探测结果大得多。如果一个项目都面临下马了，还在等着下什么金蛋的话，那真是愚不可及了。

或许更麻烦的是等待自身。巴里希预料在LIGO以及其他探测器查找漏洞的那几年时间里，将会有人丧失信心，转而对他们持批评态度。引力波天文学，至少在刚开始时，是需要耐心的。巴里希强调说：“第一套设备并不是最终的探测装置。”尽管技术上顾虑重重，但他在科学上还是蛮受鼓舞的。“人们能预测到引力波源就在我们附近，这件事让我信心倍增，”巴里希说，“与预测磁单极子相比，这些引力波源并不只是乐观的猜想而已。”