【從引力波探測看中國基礎(chǔ)理論研究短板】從2016年中國農(nóng)歷新年到現(xiàn)在，中國人和地球上其他國家的人都被美國LIGO天文臺發(fā)布的有關(guān)探測到引力波存在的消息所震驚。人們不斷想象著、爭論著13億光年之外的宇宙空間發(fā)生的事情將給地球上的生活帶來何種變化。“時空的漣漪”、“宇宙的琴弦”，這樣一個具有劃時代意義的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，尤其令中國人再度深思：為什么這次又是西方走在了前面？

　　從2016年中國農(nóng)歷新年到現(xiàn)在，中國人和地球上其他國家的人都被美國LIGO天文臺發(fā)布的有關(guān)探測到引力波存在的消息所震驚。人們不斷想象著、爭論著13億光年之外的宇宙空間發(fā)生的事情將給地球上的生活帶來何種變化�！皶r空的漣漪”、“宇宙的琴弦”，這樣一個具有劃時代意義的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，尤其令中國人再度深思：為什么這次又是西方走在了前面？

　　中國自古以來有許多思想家，也有無數(shù)對于整個宇宙發(fā)出的“天問”。我們的祖先有四大發(fā)明，但我們至今未能發(fā)展出現(xiàn)代科學(xué)，我們似乎崇尚科學(xué)，卻未必真正了解科學(xué)的目的、精神和方法。引力波探測成果在著名的“李約瑟難題”和“錢學(xué)森之問”之后，再度對中國人的科學(xué)傳統(tǒng)和科學(xué)現(xiàn)實提出質(zhì)疑。

　　其實本次引力波探測有中國清華大學(xué)團(tuán)隊的參與，他們用高性能并行計算技術(shù)大幅度提高了引力波信號的處理能力，實現(xiàn)了探測波形與理論波形的實時匹配，可以有效捕捉和處理多種形式的引力波，提高發(fā)現(xiàn)引力波的概率；采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法SVM(Support Vector Machine)，根據(jù)大量的探測器的輔助傳感器的數(shù)據(jù)，對激光干涉器的主信號頻道的信號事件進(jìn)行分類，排除掉由于環(huán)境干擾或干涉儀運行狀態(tài)不穩(wěn)定等導(dǎo)致的噪聲事件，從而確認(rèn)觀測信號的可靠性。但清華大學(xué)LIGO工作組成員、清華大學(xué)計算機(jī)系副教授都志輝博士2月14日接受《華夏時報》記者專訪時表示，引力波探測成果給中國的啟示在于，中國必須高度重視基礎(chǔ)研究，大力投入基礎(chǔ)研究和交叉學(xué)科研究，并高度重視和大力投入基礎(chǔ)教育。

　　他認(rèn)為，結(jié)合中國的現(xiàn)實來看，雖然經(jīng)濟(jì)實力似乎已很雄厚，但要真正能夠持續(xù)發(fā)展，必須要有深厚的基礎(chǔ)理論研究和交叉學(xué)科研究加以支撐才行。中國之前之所以發(fā)展很快，一個很重要原因是有發(fā)達(dá)國家奠定了當(dāng)今科學(xué)理論和技術(shù)研究的基礎(chǔ)，中國只需拿來使用就行，具有后發(fā)優(yōu)勢。但當(dāng)中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展到了與發(fā)達(dá)國家并駕齊驅(qū)甚至引領(lǐng)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的階段后，如果沒有雄厚的基礎(chǔ)理論研究的積累，沒有多學(xué)科交叉，將很難再持續(xù)前行。中國若還要領(lǐng)跑世界各國，就會更顯艱難。因此，中國必須盡快加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究和交叉學(xué)科研究，這樣才會真正有發(fā)展的后勁。

　　以下是本次訪談實錄。

　　人類由此突破宇宙認(rèn)知局限

　　《華夏時報》：引力波為何到現(xiàn)在才被人類檢測到？

　　都志輝：主要原因是引力波的強(qiáng)度太弱。只有當(dāng)兩個質(zhì)量非常大的天體發(fā)生劇烈相互作用，比如黑洞和中子星相互合并，才可能產(chǎn)生強(qiáng)度較大的引力波信號。這次探測到的GW150914引力波信號，就是兩個黑洞合并產(chǎn)生的。

　　我們在參與本次引力波探測時，才深刻地感覺到什么叫尖端技術(shù)。LIGO天文臺制造了一種極其精密的設(shè)備，通過這種設(shè)備，才終于探測到了曾被認(rèn)為人類根本無法探測的引力波。

　　《華夏時報》：探測到的數(shù)據(jù)信號會否有可能屬于偶發(fā)現(xiàn)象，屬于其它的波？這次為何如此肯定引力波信號的到來？

　　都志輝：從理論上說，，的確有這種可能，但是概率非常低。這次探測到的引力波，可靠性大于5.1個西格瑪，根據(jù)國際慣例，可以稱的確發(fā)現(xiàn)了引力波。2014年曾有機(jī)構(gòu)表示探測到了引力波，后來經(jīng)過驗證，被認(rèn)為是一次噪聲干擾所引起。建立多個引力波探測系統(tǒng)，一方面可以通過相互驗證來排除掉各種干擾信號，另外還可以更準(zhǔn)確地確定引力波的波源。在此之前，位于南半球的西澳大學(xué)曾試圖在帕斯建造一座類似的天文觀測臺，但后來由于資金等問題而沒有建成。如果有這三座天文觀測系統(tǒng)相互校正觀測數(shù)據(jù)，就可以更準(zhǔn)確驗證引力波信號，也可以準(zhǔn)確定位引力波來自哪個方向。

　　《華夏時報》：引力波信號是一種什么樣的數(shù)據(jù)形態(tài)？

　　都志輝：引力波信號有很多種。我們之前曾與中科院應(yīng)用數(shù)學(xué)所的學(xué)者合作，建立了引力波波源模型：假設(shè)有兩個大的黑洞，其合并過程按照一定方式建模之后，就可以對其進(jìn)行大規(guī)模仿真，從而獲知其合并過程會產(chǎn)生什么樣波形的引力波。通過仿真計算不同質(zhì)量的物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的引力波，就會產(chǎn)生一個很大的引力波數(shù)據(jù)庫。有了這個數(shù)據(jù)庫，當(dāng)人類探測到了引力波信號之后，通過將其與引力波數(shù)據(jù)庫中的各種引力波數(shù)據(jù)相匹配，就可以推斷出這種引力波是什么樣的星體相互作用所產(chǎn)生。

　　《華夏時報》：這次經(jīng)過5個多月的探測所發(fā)現(xiàn)的引力波，是否具有不可重復(fù)性？

　　都志輝：這次發(fā)現(xiàn)的引力波過去了就過去了，如果再次發(fā)現(xiàn)引力波，那一定是另一天體活動所產(chǎn)生。

　　《華夏時報》：引力波的特征到底是什么？

　　都志輝：一般而言，它被稱作時空的漣漪，即它會導(dǎo)致時空發(fā)生輕微波動。宇宙中無時不刻不在產(chǎn)生引力波，只不過目前人類所擁有的技術(shù)條件的局限性，使得我們暫時只可能探測到某些特定類型的引力波。

　　《華夏時報》：探測到引力波信號能夠確認(rèn)是一次偉大發(fā)現(xiàn)嗎？

　　都志輝：探測到引力波的意義，就好比一個盲人或失聰者突然可以看到或聽到某些東西了，這是人類認(rèn)識宇宙能力的一個巨大變化。對于遙遠(yuǎn)的宇宙深空究竟發(fā)生了什么，過去我們還沒有辦法去了解。引力波的發(fā)現(xiàn)提供了一個條件，它增加了人類感知或認(rèn)識宇宙的能力。

　　《華夏時報》：如果本次發(fā)現(xiàn)解決了引力波是否存在的問題，則關(guān)于如何認(rèn)識存在多少引力波的問題，是否仍將任重道遠(yuǎn)？

　　都志輝：是的，探測到引力波只是第一步。如果不斷發(fā)現(xiàn)更多的引力波，特別是分析出更多引力波所攜帶的波源信息，是后面工作的一個努力方向 .

　　《華夏時報》：引力波能夠被檢測到，其實用性何在？

　　都志輝：引力波的探測，屬于基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)探索和研究，其實用意義并非一定要在當(dāng)下就能產(chǎn)生。我們探測到了遙遠(yuǎn)的過去從太空中傳來的引力波，它對于當(dāng)下的實用價值何在？由于它增加了我們認(rèn)識宇宙的能力和手段，它對人類認(rèn)識宇宙有可能產(chǎn)生革命性的影響。

　　《華夏時報》：其對于探索宇宙有何普適性和現(xiàn)實意義？

　　都志輝：它可以讓我們知道，在很久很久以前，宇宙深處發(fā)生了什么事情。按照宇宙大爆炸理論，宇宙大爆炸最初是有很多引力波產(chǎn)生，人類如果能夠探測到這些引力波，就可以驗證這個理論。

　　《華夏時報》：下一步的探測會怎樣進(jìn)行？

　　都志輝：天文、物理學(xué)界認(rèn)為探測到引力波開啟了一個新的時代——引力波天文學(xué)時代，這就相當(dāng)于伽利略用天文望遠(yuǎn)鏡可以觀測天空一樣，從此人類可以用引力波觀測宇宙。未來在世界各地，可能會建立很多引力波天文臺，全球協(xié)同，發(fā)現(xiàn)更多的引力波，從而更多的了解和認(rèn)識宇宙深處發(fā)生的事情。

　　中國學(xué)者參與驗證引力波信號

　　《華夏時報》：為何清華的學(xué)者會參與本次探測？

　　都志輝：主要有兩個原因，一是清華大學(xué)