第10章　最终章

当前一个接一个的实验都与爱因斯坦的广义相对论完全相符，很自然就会有人问到，为什么物理学家们还要花那么大力气去设计更为复杂的实验呢——因为，正如广义相对论专家克利福德·威尔所说，“任何一个实验对相对论来说，都有可能是致命的”。引力是宇宙的统治者，弄明白了它在最细微尺度上的运作机制，也就搞懂了我们宇宙家园的本质特征。对广义相对论的任何背离，任何不同寻常的信号，都会提供一些线索来深化我们对宇宙结构的理解。因此，单单地上的干涉仪是满足不了引力波天文学家们的。地上的干涉仪所能探测到的引力波，其频率是有一定限制的。很不幸的是，根据预测，很多我们感兴趣的、来自强引力波源的信号，都落在了10^-6赫兹到1赫兹的低频范围内。为了探索这些领域，引力波天文学家们就必须向太空进军。

从某种意义上来说，引力波天文学家们已经在太空中建立起一些基地了。它们就是已经去过其他行星，或者正在太阳系中穿行、将要前往不同行星的太空船。无论哪种情况，都存在两个物体：太空船和地球。科学家们可以从地球上发出一个频率极其精准的信号到太空船上，再令船上的无线电收发机把它发回地球。如果在这个过程中，一个引力子经过并扰动了地球的话，信号在发出时频率就会有一个细微的改变。而当引力子穿过太空船时，也会给返回地球的信号带来一个类似的频移。两方面的因素综合在一起的话（假设其他噪声已经被排除），就会得到一组别具特色的脉冲，这就是受引力波影响而间歇性地改变频率的无线电波留下的印痕。从某些方面来说，整个地球—太空船系统就像一台干涉仪，只不过只有一条上百万千米长的臂而已。

研究行星的科学家们已经监测了与“海盗”号、“旅行者”号、“先驱者”10号和11号、“尤利西斯”号和“伽利略”号太空船之间的通信。但探测到一些结果的机会总是很小；太阳风的波动也会改变无线电波的频率。但如果在这些太空使命尚未完成之前，有强度特别高的引力波经过的话，探测到的机会还是有的。用这种手段能探测到的引力波，其波长一定特别长，可能要赶得上我们到太阳的距离了。遥远星系里的两颗超大质量的黑洞，在很近的距离上绕彼此旋转时，有可能会发出这样的引力波。

1993年春天，天文学家们就进行了一次这样的实验。那是规模最大的此类实验之一。当时有三艘独立的太空船飞离了地球，正向着不同的方向进发。这就给引力波实验提供了一次绝佳的机会。NASA的“火星探路者”（在神秘故障发生之前）正朝着那颗红色的行星进发，“伽利略”号探测器也正努力向着木星前进，还有欧洲空间局的“尤利西斯”号也正在前往太阳的途中。3月21日到4月11日这段时间里，天文学家们利用分布在全球各地的射电天线网（NASA的深空探测网），同时向这三艘太空船发射了无线电信号。一旦收到，三艘太空船都会把信号放大，并发回地球。

宇宙事件发出的引力波。探测它们的一条途径就是把它们对地球上和对太空船上时钟速度的影响进行对比。此刻太空船正在太阳系里遨游，离地球很远

进行这次实验的美国和意大利行星方面的科学家们指出，如果有引力波经过的话，太空船将会像水面上漂着的浮标一样在时空海洋里轻微地晃动。这就解释了为什么发射的无线电波会产生如此细微的频移。一艘飞船上局部干扰带来的频移有可能会把我们给欺骗了。但如果三艘太空船发回的信号同时都发生了频移的话，这样的证据将更具有说服力。他们用了超级精准的原子钟来监视可能出现的频移。这种计时器都能把频率在10^-15量级上的变化分辨出来。但他们没有探测到类似于引力波的东西，这也并不是那么的出乎意料，希望本来就很渺茫。太空船在太空中飞行时仍受着太阳风的冲击，而且地球大气层内的湍流也会带来无线电噪声。

1993年那次实验所用的通信信号频率在2.3千兆赫到8.4千兆赫之间。但如果通信信号频率更高的话，地球电离层和太阳风带来的干扰就会更弱一些。与“卡西尼”号探测器通信的信号频率就高了很多。“卡西尼”号探测器是于1991年10月发射升空的，现正在前往木星和土星进行研究的路上。“以前我们不过是搭个便车罢了，”NASA喷气推进实验室（JPL）的约翰·阿姆斯特朗说，“不过这次我们在‘卡西尼’号探测器上安装了专门进行引力波实验的仪器。”“卡西尼”号探测器将使用32千兆赫兹的信号，频率比以前实验所用的信号高了4倍。我们将有三个机会来探索“卡西尼”号探测器和地球之间的引力波：2001年、2002年和2003年各自的12月到1月，各有40天的时间。当20世纪80年代首次利用“先驱者”10号和11号探测器进行此类实验时，地球—太空船系统所能探测到的引力波应变约为10^-13。“卡西尼”号探测器比它们做的要好上1000倍，能探测到的引力波应变降到了10^-16，主要归因于它采用了频率更高的通信信号。这次也比1993年的那次实验要好10～30倍。事实上，“卡西尼”号探测器的实验可能已经达到了这类实验的极限。要想做得更好的话，就要把整台干涉仪都送上太空了。

这个题目是在1974年秋天的一次会议上提出的。怀斯是为了让他的NASA委员会了解一些引力空间物理学而举办这次会议的。NASA的一个设备研发小组向大会提交了一份详细的报告。这个来自阿拉巴马州亨茨维尔的小组，在报告中提议把一台大型干涉仪送到太空去。他们建议在太空中建造两条各1千米长的铝质臂，并组装成十字形的结构。实验物体就悬挂在这套装置上。那个时候的科学家们，都热衷于讨论把各式各样的设备送上太空去的前景。会议结束后，在波士顿一家海鲜馆的饭桌上，怀斯询问了彼得·班德这样一台引力波天线是否可行。在接下来的谈话中，他们就开始考虑用不同的太空船来代替这么一套装置了。这样一来，镜片间的距离就大大增加了。

班德因自己以前在月球测距实验中的工作而进入了怀斯的委员会。20世纪50年代，他在普林斯顿大学跟着迪克学原子物理。之后，他去了国家标准局工作。再后来，他又去了位于玻尔得的科罗拉多大学的天文物理联合研究所（JILA）^[96]工作。他在那儿做的是始于1962年的精确测距工作，那时候他与詹姆斯·福勒之间的长期合作才刚刚开始。福勒是迪克的另一位学生，刚来到JILA做博士后。他很想说服NASA在无人登月计划中能把一套反射镜预装件放到月球表面上来反射从地球上发过去的激光束。通过测量激光在月地之间来回一趟所用的时间，研究人员们就可以很精确地测定月球轨道了，并且还能了解更多月球内部的信息。后来他们又发现还可以利用那些镜片来做广义相对论实验，而且不管月球和地球相对于太阳的加速度相同与否，实验都能进行。到了1965年，在其他人的推动下，福勒的想法变成了现实，这就是月球测距实验（LURE）^[97]。

LURE小组的项目能够搭乘实现了人类首次登月的“阿波罗”11号前往月球，纯粹是出于运气。由于担心“阿波罗”11号的宇航员没有时间来完成他们计划的所有实验，NASA开始征集并不需要太多安装时间的项目。LURE的提议正符合要求，宇航员们所要做的只是把LURE的反射镜预装件放到月球表面，再把镜片调到合适的角度，以便能反射来自地球的激光束。这套系统今天还在工作着，还在做着从“阿波罗”登月时就一直进行着的后续实验。那些仍在反射着激光的被动式镜片们，至今都没有受到过灰尘或微小陨石的损害。它们反射的激光束仍是由法国格拉斯附近的一家天文台和得克萨斯的麦克唐纳天文台发射的。班德说：“这个实验在1‰的误差范围内与爱因斯坦的强等效原理相符。你打眼一看就知道，这是至今已经完成的最重要的相对论实验之一。”它证明了引力对物体的加速是等效的，而不管物体的质量与能量大小如何。通过实验他们发现，地球和月球向太阳加速的速率是相同的。可以说，这次实验是比萨斜塔实验在太空时代的延伸。

这是班德在实验相对论方面的第一次尝试。他与怀斯1974年一起吃的那顿饭让他在此领域更进了一步。他们讨论的亨茨维尔小组关于大规模太空干涉仪的提议，在接下来的几周里又有福勒和隆·德莱弗加入了支持者队伍。“我们已经认识到干涉仪的两个端点相距应该尽可能远了——你不必拘泥于一个固定的结构，”班德解释说，“我们终于鼓起勇气，讨论了1000千米左右长短的干涉仪，却没有想到已经有人提到过用太空船来做到这一步了。”20世纪70年代初期，在怀斯把他第一台激光干涉仪设计画到图纸上之后不久，包括福沃德及他在休斯的同事、理论家普莱斯和桑尼，还有苏联的布拉金斯基在内的一部分科学家，已经在出版物上讨论过把干涉仪像太空船一样发射上天的可能性了。班德回忆说：“当时隆说：‘为什么停在那儿了呢？’你只需要把它做得更长一些。我们最终断定，百万千米长的距离还是可以考虑的。”这就是那个将要孕育、发展20多年的想法精华之所在。

20年前，把引力波探测器发射到太空去的想法看起来几乎是空想。部分原因在于人们脑海中都有这么一个印象：激光干涉仪技术首先就应该在地面上发展。当时，稳定的激光寿命较短，功率也较低。在没有改进的情况下，100万千米长的太空干涉仪必须能够在10米范围内匹配。这就需要频繁地调整太空船的位置，也就是说要频繁地打断测量，从而大大增加了测量的难度。不过，这个想法提出来之后，感兴趣的研究人员们就开始考虑如何绕过这些障碍了。曾于1981年首次就此概念做了一场公开报告的福勒，提出了一个降低激光噪声的方法。而班德利用在月球测距实验中学得的天体力学方面的知识，得出了太空船的最佳轨道——绕日飞行。

福勒和班德从NASA和国家标准局争取到了一定的资金支持，这个想法终于付诸实践了。有了这笔经费，从研究生时代就开始研究实验相对论的R.塔克·斯特宾斯也加入班德和福勒的队伍中来了，并做了更具支撑意义的工作。他们甚至还给提议中的太空探测器取了个名字：LAGOS，“太空激光引力波天文台”的意思^[98]。

到了1989年，LAGOS获得了NASA一个委员会的高度评价。这个委员会刚刚完成了大型天文台计划，正寻找天文学方面可行的太空项目。不过几年后NASA用于未来研究的经费削减了，他们的热情也就不再那么高涨了。斯特宾斯回忆说：“还有人开玩笑说，这下我们脱离苦海了。”

然而，美国一部分空间干涉仪的老手们与欧洲一个更大的引力波专家组同心协力，又让这个想法复活了。在欧洲的专家组包括GEO 600的卡斯坦·丹兹曼、吉姆·哈夫和伯纳德·舒兹在内。他们给规划中新的太空任务取名为LISA，意指“激光干涉仪太空天线^[99]”。关于这次任务的申请，是于1993年递交给欧洲空间局（ESA）的。ESA最终接受了，并把它当作了一个“基础任务”，资金一旦到位就会启动。此项目总费用预计为5亿美元。而ESA之所以决定支持这个项目，是觉得NASA最终会作为一个对等的合作者加入进来的。NASA现在对此项目态度谨慎。一个LISA的项目办公室已经在JPL建立起来了，由威廉·福克纳领导，而LISA的科学组在大西洋两岸也都组建起来了。LISA很有可能入选NASA从2005年到2010年的计划，地上的天文台可能会在这个时间段里探测到第一个引力子。如获批准，LISA将像哈勃太空望远镜和钱德拉X射线天文台一样，成为NASA探索宇宙结构和演化的一个小分队。

LISA并不是唯一一个在争取NASA和ESA支持的项目。短期内还有另外一个计划正在两边穿梭，争取支持。这是NASA喷气推进办公室的隆·海林斯在支持的一个计划。这个计划刚开始取名叫LINE，后来改成SAGITTARIUS，之后又改为OMEGA，目的是要把激光干涉仪系统送到绕地球而不是绕太阳的轨道上去，这样某些方面就会更简单一些，比如发射和无线电通信方面。海林斯已经50多岁了，很希望能在退休之前做出点什么来。OMEGA需要6艘环绕地球的太空船，现有的太空平台就能胜任，而不用再专门建造了，所以会更快、更便宜，这正是NASA的最新理念。其缺点是在地心轨道上运行的太空船，将身处一个更为恶劣的太空环境。地球附近会有更多的热效应、地磁影响和可能会导致卫星旋转的引力影响。LISA的支持者们倾向于日心轨道，这样太空船就可以相对于太阳保持一个固定的姿态，所受的力也就更简单些。因为这个以及别的一些原因，OMEGA的很多人最终都加入了LISA。

在ESA介入之前，LISA项目有着几分个人爱好的意味，来自各行各业的参与者们都是利用业余时间来做这个的，而且最初的研究经费还都是他们自己出的。不过，ESA和JPL提供了种子基金后，“我们第一次开始考虑设计细节上的东西了”，斯特宾斯说。当前的设计要求有三艘太空船在太空中呈三角形阵列飞行，而三角形的中心在地球绕太阳的轨道上运动。整个系统将像一个忠实的仆从一样，永远在5000万千米外跟随着地球运动。在太空中离地球这么远，将不会再有地震的影响了。所用实验物体为抛光的铂—金立方体，边长4厘米，它们将在太阳开辟出的时空路径上完全靠惯性运动。研究人员特意选择了这么一个轨道，以便每艘太空船都能受到太阳从一个固定方向的照射，帮助它们维持一个稳定的热环境。送上轨道后，三艘太空船在飞行的过程中还要不断地做细微的调整来保持队形，因为阳光的光压会像风吹帆船一样推动太空船，所以它们的小型推进器要持续不断地产生一个微弱的推力来抵消阳光的影响。

三艘太空船将会彼此相距500万千米。每艘都会载有呈“Y”形排列的两台激光器和两块实验物体，以便能瞄向另外两艘。这样一来，它们就可以沿着三角形的每条边不断地发射、接收激光了。由于相距很远，LISA要采用不同于以往的方式进行干涉测量。激光束在从一艘太空船射向另一艘的过程中，会变得越来越宽，最终将有几十千米宽。发射时虽然有半瓦特的能量，接收时却只有10^-9瓦特了。所以信号不能简简单单地就反射回来，首先必须经过放大——信号在沿原路返回之前，必须用船载激光器补充能量。如果直接反射回去的话，每秒钟能够到达目的地的光子将只有寥寥几个，测量也就无从谈起了。这样一个放大程序在太空船的跟踪上也有应用，不过这里是用无线电波来通信的，而不是激光束。

三艘LISA太空船及其队形。LISA的太空船呈正三角形排列，每条边长500万千米，它们将随着地球在其绕日轨道上一起运转

LISA还要求其他一些工程上的灵敏度和规格，但现在还尚未达到或没有经过飞行测试。最重要的是，研究人员还必须开发出一种能维持“无外力”环境的办法，这样才能把作用在实验物体上的力几乎全部去除（太阳及行星的引力作用除外）。每一个实验物体都必须只靠惯性运动，就好像只有它自己在太空中自由漂浮一样，所以外围的东西都不能碰到它。太空船船舱相对于内载实验物体的位移每秒不能超过几纳米。在这么一个极小的距离上，只能排得下几个原子。这种操控技术在其他卫星上已有应用，但都不曾达到过LISA要求的高度。这种姿态调整，要靠微型推进器来完成，它们可能会用高能金属等离子体之类的东西做推进剂。“基本上我们要用的火箭，其功率小得几乎超出你的想象。”斯特宾斯说。而且，研究人员还要考虑像偶尔出现的小流星撞击之类的事件，它们会给太空船带来很大的冲击力。如果仅仅一颗千分之几厘米大小的微粒撞上太空船的话，它给实验物体带来的扰动就足以让微型推进器开足马力忙活上一阵子来修正轨道了。这项任务预计将会持续3～10年。如果不出什么意外的话，直到微型推进器用完所有的推进剂，该任务方告结束。

对于地面干涉仪来说，LISA将只是一个补充，而不会成为一个竞争对手。原因就在于LISA只接收频率很低的引力波，从10^-6赫兹到1赫兹，远低于LIGO和VIRGO所能探测到的引力波频率。LISA的探测目标将会是时空海洋里的滔天大浪，而LIGO及其同类天文台探测的却是较为细微的波纹。每种类型的引力波都可能是不同的辐射源或者同一事件在不同时刻发出的。比如说，LIGO和VIRGO最适于探测每个都有几个太阳重的黑洞—黑洞双星系统了。而LISA将能探测到质量顶得上100到1亿个太阳的黑洞系统。两者都能探测到中子双星，只不过是不同时期的中子双星。LISA将能看到距离碰撞还有几千年，而正绕着彼此旋转的中子双星。而LIGO则能在两颗中子星将要碰撞时观测到它们，此时两颗星正飞快地旋转着冲向对方，辐射出的引力波频率也越来越高。所以，天上和地上的这两套设备都需要，这样才能完全覆盖可能到来的引力波频谱的全部。然而，LISA能探测到的典型波，振动得十分缓慢，一个波峰过去之后，另一个波峰要等1000秒才会出现。这就是适合有耐心的人来研究的那种天文学。结果LISA最终获取的数据将比地面探测器少。LISA收集数据的速度将低于1000比特每秒，而LIGO的速度为60万比特每秒。一张CD盘就能存储LISA的所有数据了。

那些支持者之所以在财政十分困难时仍没有放弃太空干涉仪的想法，只有一个原因——仅仅一个原因。“LISA最大的优势在于它的科学性。”斯特宾斯说。如果这项技术成功了，LISA的观测者们绝对能探测到一些结果。他们甚至会先于地面干涉仪而第一个探测到真正的引力波。对于地面干涉仪来说，能否探测到辐射源，以及总共有多少事件能够探测到，都有太多不确定因素在里面。地面上的仪器只是徘徊在探测能力的边缘地带而已。确实，LIGO能够看到中子双星的结合，但这种事件出现的频率太低了。虽然超新星的确也会爆发，但产生的引力波强度还不是很确定。而LISA将看到满眼的辐射源，耳畔还缭绕着嘈杂的背景噪声。银河系里像大量存在的白矮星双星这样的双星系统，都在不懈地对外广播着远远就能听到的刺耳的引力音波。研究人员对这些辐射源很有信心，LISA的一个研究小组甚至在报告中说：“如果LISA没有探测到来自已知双星系统的引力波，或者强度与广义相对论预测的有出入的话，将会撼动引力物理学最深处的根基。”

依照研究人员的预想，一旦检测到并弄明白了我们银河系里那些双星的信号，就可以把这些信号从LISA的数据中扣除了。“这样的话，记录中就只有来自河外的信息了。”班德说。它们就应该是从遥远星系里的大质量黑洞处传过来的了。这些星系均处于一种非稳态，有可能会发生碰撞。LISA将来有可能会成为研究遥远星系里这种特大质量黑洞的工具。这些黑洞也将会是引力波天文学里最强大的辐射源，检测它们是LISA的首要目标。要想探测这种上百万个太阳一样重的特大质量黑洞发出的信号，最好的办法就是把目标锁定在合并中的两个星系身上。在合并的过程中，两星系核心处的黑洞将会结合，形成一个更大的黑洞，结果就会有大量的引力波辐射出来。在黑洞致命的碰撞之前，会有一年的向内旋转期，LISA可以看到整个过程。长期从事黑洞探索工作的道格拉斯·里奇斯通把这种合并中的黑洞称作“天空中人类尚未见过的最明亮的天体”。LISA有可能每年都探测到10例这样的事件。它的灵敏度很高，能探测到90亿光年外发过来的信号，几乎整个可探测宇宙都在它的探测范围内了。

LISA很可能会有所发现，因为近年来新出现的证据表明，像椭圆星系和大部分螺旋星系这样有着球形凸起的星系，中心处都存在着一个特大质量黑洞。凸起越大，黑洞也就越大。我们的银河系中心也有一个黑洞，其质量正好等于太阳质量的200万倍。越来越多的证据表明这些黑洞是“类星体遗骸”。它们曾经在自己的星系还很年轻时，像一台发动机一样带动它不断发出强于太阳万亿倍的光芒。有人指出，星系的形成和中心黑洞的生长有着某种密切联系，但至今尚不能确定到底是怎样的联系。或许最先形成的是一个一般大小的黑洞，它起着引力“种子”的作用，吸引周围的物质形成了一个星系。随着时间的流逝，这个黑洞大量吞噬年轻星系里的诸多恒星和气态物质，自己也随之膨胀起来，成了一个特大质量星体。也许是这样的：早期的宇宙产生了一堆较小的黑洞，每一个都在一个巨大的积木块里。这些单独的积木块最终会融合形成一个成熟的星系，而黑洞们则会在星系中心结合成为一个巨大的黑洞。

无论哪种情况，大质量黑洞看起来都是星系演化的自然结果，并为宣布星系诞生的焰火表演提供了能量。这是因为黑洞的质量很大，附近的任何物质都会被它吸引进去，永远都逃不出来。但是这些物质在被捕获之前，会环绕着黑洞聚集成一个螺旋吸积盘，并强烈地辐射着能量。与此同时，黑洞也在自转，并像一台巨型电磁发电机一样，从两极向相反的方向喷射出两股亚原子粒子，速度接近于光速。只要附近存在足够的“食物”——恒星、星际尘埃、气态物质——供中心那个黑咕隆咚的饕餮怪物享用的话，以上现象就会发生。

根据当前的理论，星系碰撞时，静止的黑洞也有可能被激活，而且进行中的合并还会在天空中留下痕迹。比如，射电星系3C75就有一组弯曲的射电喷流，就像作业中的洒水车一样。这些喷流看起来是由两个核发出来的，每个核都可能是一个巨大的黑洞。长长的喷流盘绕的方式，就跟两个黑洞绕彼此旋转一样。这两个特殊的黑洞在很长一段时间内还不会结合。但它们最终靠近对方时，会发出独特的引力波信号。刚开始频率会比较低；之后随着时间的流逝，两个黑洞会越靠越近，引力波的频率也将越来越高。这将是引力波天文学最终收到的回报：确认了黑洞的的确确就是星系中心活动的发动机。LISA可以作为一个早期告警系统，如果它能获得一个活动盘旋星系的精确方位，光学望远镜、X射线望远镜以及伽马射线望远镜就可以锁定那个方向，去记录最后的碰撞了。

观察较小一点的天体——中子星、小黑洞、白矮星以及普通恒星——落入位于星系中心的特大质量黑洞，几乎也能引起天文学家们同样的兴趣。恒星很多，这样的事件也时有发生。注定难逃厄运的恒星们最后的轨道错综复杂。在某些情况下，轨道衰减可以持续70～100年，LISA的天文学家们可观察它们好多年。对于绘制特大质量黑洞附近的时空几何图形和引力场的迂回曲折来说，每个天体都将会是一枚绝佳的探针。

LISA自始至终都将聆听着来自我们银河系里双星系统的引力波信号杂音：中子星绕着中子星运转时、黑洞围着黑洞旋转时、白矮星与另一颗白矮星结伴起舞时，以及其中所有可能的结合发生时，都将会有引力波持续不断地辐射出来。许多这种系统用常规望远镜是看不到的，所以天文学家们最终将靠引力波探测器来一次可靠的双星普查。如果在这些系统中，两颗白矮星结合成为一颗壮观的超新星的话，天文学家们就中了头彩了。据估计，LISA在它一生中，将有2%的可能性看到这种事件。

很多科学家正在翘首盼望的是来自更为奇异的事件的引力波。太空干涉仪将给天文学家们提供一个探寻宇宙起源的绝佳机会，沿时间轴往回观望时，它们将比任何其他天文仪器都看得更远。微波背景辐射现在正诉说着大爆炸之后50万年时宇宙的一些情况。当时，原始烟雾正在消散，宇宙也正逐渐变得透明。直到大爆炸后50万年，宇宙已经冷却到了能够形成中性原子的地步，辐射才终于能够在其中任意穿行、畅通无阻了。这些大部分都在可见光和红外范围内的光波，随着宇宙的膨胀而逐渐在向外蔓延，到了今天就成了我们探测到的微波海洋。在这个决定性时刻到来之前，原始火球还只是黑乎乎的一锅汤——由质子、简单核子、电子、中微子以及电磁辐射出的光子组成的混合体。即使有一天天文学家们的目光能够穿越时间，投射到这个时间点上，他们也将看不到太多的东西，因为这锅宇宙等离子体完全不透明，就像我们不能透过太阳炙热的外层看到它的内核一样。这个所谓的火球将成为我们视野中不可穿透的障碍。

不过一台灵敏度很高的太空干涉仪（不是LISA的话，那就是其继任者）有可能向后看到大爆炸后10^-14秒时的情景。引力波不是电磁波，它能穿透原始火球的迷雾层。而且在宇宙诞生之初的特殊时刻，还可能存在其他的引力波事件，这时候宇宙正经受着环境剧变的折磨——突然从一种态转变为另一种态，就像液态水转变成截然不同的冰一样。宇宙在不断膨胀的过程中，会逐渐冷却下来，到了一定程度就有可能会经历某种“相变”。在这个过程中，还会另有引力波辐射出来。

这种急速的转变可能会促生离奇的缺陷，也就是说有些区域会保持着早先高能状态的特征。这就是宇宙弦的起源。这些弦将会不停地振荡、摇摆、连接、生成闭合弦环。它们运动时会产生十分壮观的尾迹，尾迹又会产生新的引力波。由于在摆动中不断损失能量，它们最终会在死亡的阵痛中灰飞烟灭，并爆发出最后一波引力辐射。

正是一些看似并不起眼但又出人意料的问题导致了LIGO启动过程的走走停停。在汉福德，研究人员花了几周的时间来更换失效的黏合剂，其作用是把细小的控制磁铁粘到镜片上。LIGO将会一直在这种细节上徘徊不前吗？弗莱德·拉阿布并不灰心，他回答说：“这个问题就好像一开始就问莱特兄弟为什么不再多飞几分钟一样。”

正当研究人员在汉福德重新粘紧磁铁时，怀斯赶到了这儿来测量还残留在管道臂里的气体。这些钢质管道已经被“烘干”过了；经过这个过程，最后残留的气体也给排了出去。“烘干”时，研究人员把管道当作导线给通上电流，1个月后，管道被加热到了149摄氏度，电费总计超过了6万美元。这次，怀斯把一个轻便小拖车当作了办公室，就停在北边那条管道臂中间的5号舱门外。他先拧开一系列阀门，把气体探测器连接到管道内，然后就坐在狭小办公室里的电脑前，耐心地盯着屏幕看，上面显示有管道内气体的残留量。刚开始时，结果喜人。“这不是很好嘛，”他看着电脑屏幕上不断生成的曲线说，“我看管子里没多少残余气体了。”可是，情况太好了，有点让人不敢相信。一个半小时后，他注意到一条曲线上出现了一个细微的变化，这就意味着还有泄漏存在。幸运的是，第二天的测试证实了这是一个舱门出现的泄漏，而不是修复工作远为麻烦的焊接问题。舱门泄漏问题只需要上紧螺栓或更换一下垫圈就能解决。

怀斯坐在小拖车里，颇有流年之叹。从他第一次坐下来构思LIGO的基本结构至今，将近30年过去了。现在眼前终于出现了几千米长的钢筋混凝土管道。他回忆说：“1997年第一条激光束管道建造时，我就在这儿。当时，外面常常有成群的草地鹨和喜鹊，还经常看到燕子们乘着暖气流，沿管道直飞而去。”顿了一下之后他又说：“碰到了很多头疼的事，但这些付出都是值得的。”

解除了在LIGO的职务后，德莱弗在与加州理工学院协商的过程中，决定自己搞一套引力波探测的研究计划出来。他自己建起了40米长的干涉仪用来试验。这些日子他看起来轻松了许多，又在自己的实验室里工作了。“我喜欢玩一些疯狂一点的想法，”他承认说，“LIGO管制严格，这也是必需的。但我觉得这有好有坏。它只采用那些确保可行的想法，所以灵敏度最低。它能不能看到什么还不一定，但可能性还是有的。”他的目的是取得能确保成功的突破。眼下他正在考虑如何才能把干涉仪噪声降下来，这样所能探测的引力波的频率就会越来越低了。“我的新实验室正是为探索而建的。”

他的工作地点位于校园里的“同步加速器实验室”里。之所以有这么一个名字，是因为在这个洞穴一样的大房子里曾建有一台同步加速器——一种粒子加速器。德莱弗的干涉仪建在了大厅的边上，一条臂沿大厅较长的一边而建，另一条臂沿大厅较短的一边并在一头穿墙而出，在一条埋在路面下的隧洞里延伸向前。在这台探测器上，他试验了悬挂实验物体的一个新方法——磁悬浮。他希望没有了悬挂线之后，主要噪声源也会减少一个。当然，他还得考虑新的噪声源，比如磁场扰动什么的，但他对此仍满怀希望。他和一位助手已经造好了一个原型，那是一个很小的四方块悬浮在光学实验台上，没有什么可见的支撑物，像是在玩魔术一样。四方块的平衡很容易就能打破，从附近走过导致的地板倾斜就足以推动它滑动了。

在不断向低频领域推进的过程中，德莱弗开始觉得他的干涉仪不应该只局限于引力波探测了。“我们还应该研究地球物理学方面一些有趣的东西，”他说，“比如地心里的运动。”由层层液体包裹着的固体地核的振动，应该会产生引力梯度；理论上讲，在极低频波段是能检测到它们的。

“做了很多失败实验的人是最优秀的，”德莱弗说，“你试验出了更多的东西，这样才能有所发现，但你的行动得够快。”德莱弗走到这一步确实也够快的，他说话和平时的动作也不慢。他总是忙忙碌碌，总是不断思考，总是充满活力。在这个特殊的下午，他仍因前一天进行的实验而兴奋不已，他为此还在实验室度过了一个晚上。他拿来一台老式留声机，用它的唱针和扩音器大致测量了一种新材料的热噪声。这种材料是他刚从加州大学另一个实验室找来的，他还说拿它来做实验物体的话，LIGO可能会取得突破性进展。

远在同步加速器之前，就有了德莱弗现今所在的大房子。这座房子建于20世纪30年代，它没有窗户，阳光带来的热量也进不去，当初是用作抛光500厘米镜面的厂房的。这些镜片用在了著名的哈尔望远镜上，后者已经忠实地坚守在圣地亚哥东北方的帕洛马山顶上超过半个世纪了，一直都在庄严地注视着天空。然而，天文学家乔治·海尔首次提出这个想法时，能否成功，他心里一点谱都没有。正如提出LIGO的想法时一样，很多技术还不成熟，还无法保证一定就能马到成功。这么大的镜面要比威尔逊山上发现了河外星系并扩大了宇宙范围的250厘米望远镜镜面还要宽1倍，当时的天文学家们十分怀疑能否浇铸好，能不能安装好、调整好什么的。美国国家标准局曾经断定直径大于250厘米的望远镜在技术上是不可行的，抛光它厚厚的派热克斯玻璃板^[100]曾被形容为大萧条时代的阿波罗工程。就在离德莱弗的探测器几米远处，曾经停放过用来放置世界上最大单块玻璃的巨大转盘。1936—1947年（第二次世界大战时中断了一段时间），每次抛光工具挤压镜面时，转盘都会跟着转动。

渐渐地，镜面被无情地打磨到了极高的光滑度。其间，人们可以从高高的观众台透过玻璃墙观看打磨过程。总共用去了数卡车的研磨剂和宝石匠的红铁粉，磨掉了好几吨的玻璃粉末，才把镜面打磨成了一个抛物面，误差在10^-6厘米以内。这样的耐心和谨慎终于成功了。海尔望远镜从1948年开始运行，尽管曾为世界之最的尺寸已经被赶超了，但它至今仍是全球最有用的光学望远镜之一。在镀上铝膜，成了凹面反射镜之后，天文学家们就是靠它看到了比以前更为深远的宇宙。镀的铝总重不过几克，铝膜只有1000个原子厚。它帮助天文学家们证实了类星体是在宇宙诞生后不久生成的。

海尔望远镜成功运行后，加州理工学院的光学实验室就另作他用了。校方在那儿又安装了仪器，但把探索的目光转了回来，转向了原子核内部的工作机理。不过，现在同步加速器又被挪走了，房间的一部分重新回到了最初的用途：为了再一次把目光投向深空而完善探测技术。然而，这次大房间眼下的任务不再是打磨一块可以搜集光波的镜面了，而是要帮助物理学家们把他们的耳朵贴到时空之网上，去聆听它那别具一格的天籁之音。

最初他们将会记录下一些音符。一段时间以后，这些音符将会组成一曲美妙的乐章，并最终交汇成一首气势恢宏的交响乐。这时，天文学家们才最终得以品味宇宙隐匿起来的韵律。