見見這個輟學的大學生，他是引力波探測器的發(fā)明人

阿德里安·卓++晨飛

近50年前，雷納·韋斯提出用愛因斯坦廣義相對論的引力理論所預言的無限小的時空漣漪來探測引力波。2015年9月，這個夢想變成了現(xiàn)實：1000名物理學家通過路易斯安那州利文斯頓和華盛頓州漢福德的兩個巨大的激光干涉引力波天文臺（LIGO）探測儀，捕捉到10億光年以外的兩個巨大黑洞相互碰撞發(fā)出的輻射波。在美國劍橋麻省理工學院，物理學家認為，這個發(fā)現(xiàn)絕對能

讓他們的同事韋斯獲得諾貝爾獎。韋斯今年84歲，他承認自己有希望，但也有點擔心。他機敏地駕著自己銀灰色的大眾甲殼蟲敞篷車行駛在劍橋的馬路上，邊行邊說：“我估摸這事兒會折騰人一年;約翰·馬瑟（2006年諾貝爾物理學獎得主之一）當時就是這樣?！彼呐笥褧嬖V你：這話最能代表雷納，他在工作中遇到問題時，說的話就很沖、很無禮、很滑稽，而且不耐煩。

不論怎么說，韋斯的日子都過得不一般。他1932年生于德國柏林，納粹時期全家逃離。他在紐約市長大，家住曼哈頓的上西城，熟悉當?shù)厍闆r，練得一手焊補，自己制作并出售立體聲系統(tǒng)。在麻省理工學院讀本科時中途輟學，后來卻掙扎著在這所大學獲得了終身教職。不但如此，他還成為一位物理學科帶頭人，在LIGO干了40多年，這是物理學界曾經(jīng)進行過的最為大膽的實驗。他至今仍在天文臺工作。麻省理工學院LIGO物理學家大衛(wèi)·休梅克說：“搞焊接，沒人能賽過他。”

休梅克還說，韋斯最重要的素質(zhì)就是執(zhí)著。他大學沒有讀完，但是后來被破格錄入麻省理工學院的研究生院。休梅克說：“他想方設法讓我充分發(fā)揮所長，他走了一條相當曲折的路，我覺得正因為這樣，再加上他的天性，他更愿意幫助別人?！?/p>

韋斯總能坦率地說出自己的想法，這一點大家都知道。紐約州雪域大學LIGO物理學家彼得·索爾森20世紀80年代曾與他在麻省理工學院共事，他說：“他無論是在物理學研究中還是在生活上，都絕對是百分之百地誠實?！奔又莅⒗诵菸锢韺W家德克·穆爾納是韋斯早年的一名研究生，他也有同感，他說：“雷納誠實得不得了，從來不胡扯，不表演?！?/p>

一、作為難民的童年時代

然而，要想給韋斯一個定位并不容易。他是個故事迷，當然不是看故事，而是講故事。顯然，他把自己的故事講了很多遍，這一次修一修邊角，下一次添加點枝葉。串講自己的過去時，那些蛛絲馬跡——這里缺幾針，那里多點花色——在向人們暗示他不是盡人皆知的那樣。實際上，對韋斯來說，講故事本身似乎有某種更加微妙的目的。

他在麻省理工學院的辦公室是一幢磚砌樓房的二樓，不怎么起眼，這棟樓本身也像個倉庫。韋斯坐在一張小木桌前，桌面上開著一個洞。那是在還沒有液晶顯示器的時候，他用鋸子鋸出來的，為的是讓笨重的顯示器靠在那里。

他講自己的故事時操一腔紐約的那種斷音。

年輕時的雷納·韋斯

雷納·韋斯的父親弗雷德里克·韋斯是一位神經(jīng)專家，是富裕的德國猶太人的后代，他和舞臺及電臺女演員格特魯?shù)隆ぢ逅辜{幽會，結果就有了韋斯。格特魯?shù)逻€在懷孕的時候，弗雷德里克因為熱心于共產(chǎn)主義而遇到了麻煩。他出庭為某人作證，官司的另一方是一名不稱職的納粹醫(yī)生。結果納粹綁架了他，格特魯?shù)乱患也坏貌徽谊P系把他弄出來。他倆1933年結婚，不久之后逃亡到布拉格。布拉格當時屬于捷克斯洛伐克，韋斯的妹妹1937年出生在那里。韋斯說，他是個幸福任性的孩子，“我很可能是一個任性的小雜種”。

沒過多久，一家人又得逃亡，因為當時的英國首相尼維爾·張伯倫簽署了一份協(xié)議，把捷克斯洛伐克的幾塊地方割讓給了德國。他們于1938年9月30日晚上在新聞中聽到這條消息。當時他們正在斯洛伐克的塔特拉山里度假，旅館巨大的收音機里哇啦哇啦地播出張伯倫的講話。雷納當時才6歲，還傻乎乎地盯著機柜里閃閃發(fā)光的真空管著迷呢。旅館一夜之間就人去樓空，人們都逃往布拉格。

1939年1月，韋斯全家人移民到紐約，兩個月后，希特勒的大批國防軍就開進了布拉格。韋斯說：“簡直是奇跡。”老韋斯因為語言障礙無法通過醫(yī)委會考試，他就開業(yè)當顧問，最終成為知名的心理分析專家。格特魯?shù)略诎儇浬痰晟习?，當管家，也干零活。這一家人不幸福。韋斯說：“我父親是真正德國意義上的獨裁者，他壓迫我母親。”老兩口在自己的婚姻問題上都埋怨希特勒。

雷納·韋斯使用視覺輔助在新聞發(fā)布會上宣布科學家終于發(fā)現(xiàn)了引力波

韋斯說，他是在被善良遺忘的角落里長大的，“我父母親對我尤其不感冒。我父親極端以自我為中心，只顧自己的工作，不怎么關心我;我母親也許更偏心妹妹”。韋斯在久負盛名的哥倫比亞語言預科學校上學，享受獎學金。他說：“我母親去學校求他們收我?！笨墒撬袝r候逃課，教師們把他拉來跟他的一個時常逃學的學長默里·蓋爾曼相比，可是這位學長于1969年獲得了諾貝爾物理學獎。

少年時代，韋斯有了兩個愛好：古典音樂和電子學。他從軍隊駐地撿來多余的零件，在自己宿舍里修理無線電。他甚至與地痞流氓妥協(xié)：他們只允許他來往于地鐵拖走無線電，他免費修理他們的無線電。他說：“他們偷東西，我還得給他們修理，這是昧心的勾當?！?/p>

韋斯的妹妹西比爾·皮爾森后來成為劇作家，她證實哥哥當時能不在家就不在家，家庭不幸福?？墒牵质仟氉?，無論如何也算是家里的王子，比如說，但凡搬家，他總是住最大的屋子，“很受寵”。

他妹妹說，哥哥上學也沒落后過：“他很聰明，對什么都感興趣，而且很精明?！北笨_來納州達拉謨杜克大學的退休心理學家邁克爾·瓦拉赫是韋斯在語言學校時的同學，他也持這樣的觀點。他說：“雷納的科學能力在學校是受到廣泛認可的?！碑斎凰彩钱?shù)氐囊粋€混混，有一次與人糾纏，折了一條腿。

韋斯的兒子本杰明是一位史學家，也是波士頓美術館的館長。他說，如果他父親確實逃過課，那肯定不是去街上閑逛，“他去的是市政廳舉行的鋼琴獨奏會”。至于韋斯為什么對焊補感興趣，他猜測部分原因是對家人腦力勞動氣氛的一種反叛。“身為德國小難民，父母又是非常自卑的文化人，所以他通過動手作為叛逆。當然，他不排斥動腦筋”。

二、跌跌撞撞的青年時代

如果說韋斯的青少年時代是又蹦又跳過來的，那么成年早期就過得磕磕絆絆。他申請去麻省理工學院攻讀電氣工程，目的是解決高保真里的一個問題：怎樣抑制蟲膠唱片發(fā)出的嘶嘶聲?？墒请姎夤こ陶n讓他失望，因為這門課針對發(fā)電廠而不是高保真。所以韋斯轉(zhuǎn)向物理學，因為這個專業(yè)基本上沒有什么要求，很輕松。

然后，讀到三年級的時候，韋斯干脆不去上課了。他在楠塔基特島去波士頓的輪渡上遇到了一個女人，愛上了她。他說：“她給我教民間舞蹈，還教我彈鋼琴。”這個女人搬到伊利諾伊州的埃文斯頓，他也跟了去，期中時放棄了他的課程?？墒?，戀愛告吹了。他說：“我墜入情網(wǎng)，簡直愛得發(fā)瘋，人家當然無法忍受一個發(fā)瘋的男人圍著她轉(zhuǎn)?！表f斯回到麻省理工學院，希望參加期末考試，結果發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)被除名。

韋斯說，他不苦惱?！叭藗冋f：‘我大學沒畢業(yè)！我的一生完啦！不會的，沒完。這要看你怎么辦?！彼诼槭±砉W院頗具傳奇色彩的20號樓當技術員，那是戰(zhàn)時臨時搭建的房子，他的老板是杰羅爾德·扎卡賴亞斯，用光和微波研究原子束和分子束，開發(fā)出第一口商用原子鐘。在扎卡賴亞斯的指導下，韋斯于1955年讀完他的學士學位課程，并于1962年獲得博士學位。

別的物理學家說，扎卡賴亞斯的研究方法（利用高精密度測量探討基礎物理學）給韋斯帶來了靈感。但是韋斯認為，他欠扎卡賴亞斯的情比這更多：“我有不良記錄，可是他讓我回到學校，又讓我進入研究生院，這樣一路走下去又獲得終身教職?！表f斯辦公室的墻上懸掛著一張扎卡賴亞斯的照片。

韋斯到普林斯頓大學，在物理學家羅伯特·迪克的指導下研究引力實驗測試，獲得博士后之后，于1964年回到麻省理工學院。他年輕時很少發(fā)表論著，也沒有操心職務晉升問題。當時，麻省理工學院的休梅克說：“韋斯可能會獲得終身教師資格，但是今天還不行?！甭槭±砉W院名譽物理學家伯納德·布爾克也認為，韋斯“很開心，喜歡設計小玩意兒，除非干點兒什么了不起的事業(yè)，否則他拿不到終身教職”。但是，韋斯不久之后就變了。

布爾克建議韋斯從引力研究轉(zhuǎn)向測量1965年發(fā)現(xiàn)的宇宙微波背景輻射，這是一種普遍存在的模糊的無線電波，人們試探性地將其看作宇宙大爆炸的余波，無情的宇宙膨脹使其波長更長。

然而，到了20世紀60年代后期，這種聯(lián)系仍然很微弱。大爆炸輻射的“熱譜”應當有一個代表輻射溫度側向一方的峰值。幾個小組在長波長觀測到一個攀升的頻譜與高于絕對零度3℃一致。但是，1968年火箭測量發(fā)現(xiàn)高量的短波長輻射與熱譜發(fā)生沖突，對大爆炸假說形成威脅。

為了探討這個問題，韋斯和他的研究生穆爾納建造了一個裝置，安裝在氣象氣球上，用它來測量較短波長的微波頻譜。通過三次飛行和一次改裝，他們于1973年獲得了支持熱譜的硬數(shù)據(jù)，首次揭示了傳說中的這個峰值。布爾克說：“這完全擊潰了火箭的測量結果，韋斯一眨眼成了微波背景專家中的明星?！?/p>

加州大學伯克利分校名譽校長羅伯特·伯吉紐1975年至2000年一直在麻省理工學院工作，他說韋斯的研究工作也在麻省理工學院的物理學系內(nèi)贏得尊重：“他喜歡故作落拓地去勞工階層酒吧，還有諸如此類的表現(xiàn)，但是在麻省理工學院，大家明顯都很尊重他，尊重他研究真正重要的物理學問題時表現(xiàn)出來的激情和勇氣?！?/p>

三、一個項目負責人

宇宙微波背景研究不僅為韋斯贏得了終身教職地位，也促使他成為科學界更大范圍的領頭人。1976年， 美國航空航天局開始研究宇宙背景探索衛(wèi)星，該工程的科學工作小組選他當主持人。宇宙背景探索器于1989年發(fā)射升空， 以極高的精度測量了微波頻譜，毫無疑問地證實宇宙微波背景具有熱譜，而且敏感地探測到天空點與點之間宇宙微波背景溫度1/100000的微弱變化，這

是新生宇宙無窮小量子漲落的痕跡，對宇宙學標準模型至關重要。2006年，美國科學家約翰·馬瑟和喬治·斯穆特因分別測得該頻譜和探測到該漲落而共享諾貝爾物理學獎。

有些物理學家說，韋斯本來也應該分享這個獎。雪域大學的索爾森說：“就差那么一點兒?！表f斯對宇宙背景探測器的貢獻表明他遠能勝任他說自己根本不適合的一個角色，即一個大型科研項目的負責人。在位于馬里蘭州綠帶的美國航空航天局戈達德宇宙飛行中心工作的馬瑟說：“他是一位很好的合作伙伴，他在決策人員分工并確保按勞付酬方面也很擅長?！?/p>

在研制宇宙背景探測器好久之前，韋斯曾經(jīng)有個念頭，這個念頭就成為后來的LIGO。20世紀60年代后期，麻省理工學院物理學系請他教授研究生的廣義相對論課程。他說：“我沒法告訴他們我壓根兒不懂廣義相對論?！彼裕缓眠叧催呝u，集中精力研究引力的實驗測試。

韋斯的學生讓他講一講馬里蘭大學工程師約瑟夫·韋伯的實驗，該實驗試圖利用軍人提箱大小的鋁缸探測引力波。廣義相對論認為，像兩個黑洞之類的巨大物體，如果它們匯聚到一起，應當輻射時空漣漪。韋伯認為，這些漣漪（即引力波）會將其圓筒拉伸，使其像音叉一樣震顫。

韋斯無法掌握韋伯的方法， 所以他根據(jù)一個L形的被稱為干涉儀的裝置發(fā)明了自己的工具，將激光束分裂，然后導向兩個相互垂直的“臂”，光束在鏡面反射后飛速返回至分束器。如果雙臂長度正好相同，光波同步返回、合并，然后飛回至激光;如果兩臂長度相差光波長的一丁點兒，那么因此出現(xiàn)的反常重疊就會從一個垂直的“暗港”漏出。韋斯意識到，這個結果能夠揭示引力波的經(jīng)過，因為引力波的拉伸作用使兩臂長度出現(xiàn)差異。他讓學生把這個想法當作業(yè)去思考，給麻省理工學院電子學研究實驗室的季刊撰寫了一份23頁的報告。LIGO就從這份文件開始萌芽。

韋斯堅持說干涉測量探測器這個概念當時已經(jīng)“在流傳”，但是別人說，他首次明確提出，探測器必須有幾千米長，并描述如何處理從地震振動到個體光子碰撞鏡面的砰砰聲等不同類型的雜音，否則這些雜音會淹沒那些難以捕捉到的引力波。

讓這個實驗變成現(xiàn)實需要難以置信的技術。LIGO的這兩臺干涉儀的臂長是4千米。為了探測到一束引力波，物理學家必須比較雙臂長度，范圍設定在1/10000光子寬度以內(nèi)。該項目需要3億美元，時隔22年以后，也就是一直到1994年才獲批。

與此同時，韋斯就被拴在了20號樓里，他有好幾桿玉米穗軸煙斗，他抽呀抽，一直抽到1995年輕微的心臟病發(fā)作。麻省理工學院天文臺一位物理學家名叫納吉斯·馬瓦爾瓦拉，1990年至1997年在他名下讀研究生，她說當時老師為了幫一名學生，本想干到凌晨2點，甚至更晚。馬瓦爾瓦拉當年資格考試沒通過，韋斯就讓她每周六在他辦公室“學習改造”，持續(xù)了好幾個禮拜。馬瓦爾瓦拉說：“他從來都不在乎考試，可是他知道我得通過考試才行?！?/p>

韋斯有個名聲，他喜歡向非傳統(tǒng)型學生伸出援助之手。1983年，萊曼·佩吉在失學5年、全球航行2年之后， 走進韋斯的實驗室，問他能不能在那里給他干活。佩吉說：“他說，‘可以，但是我沒工資發(fā)給你。所以，我白天干木工，晚上在他的實驗室?！迸寮F(xiàn)在是普林斯頓大學的宇宙學家，他很感激韋斯給了他這個別人沒能得到的機會。

四、工作狂的業(yè)余生活

韋斯是個工作狂，但是他也喜歡完全拋開實驗室的日子。1959年，他娶了大學剛畢業(yè)的麗貝卡·揚，學生物的，在哈佛大學植物標本室上班。麗貝卡當過兒童圖書管理員，現(xiàn)在已退休。她說，他倆常去同一家飯館吃飯，“一天傍晚，在飯館吃飯時，他讓我給他遞鹽過去，然后我倆聊了好半天光合作用的問題。我倆結婚幾年以后我才發(fā)現(xiàn)，他吃飯從來不加鹽”。

麗貝卡說， 她常常是個“物理學寡婦”，尤其是在20世紀六七十年代，因為韋斯要去得克薩斯的帕勒斯坦放他的實驗氣球，所以經(jīng)常不在家。她說，盡管如此，他依然是個好丈夫、好父親，即使他不在，“有一條生命線總是不斷”。他們的女兒薩拉是耶魯和新加坡國立大學的民族音樂學家，她說，爸爸星期日總會領孩子們?nèi)ニ膶嶒炇?，“我從未覺得需要見他或想見他時卻見不到?！?/p>

韋斯一直喜歡音樂。麗貝卡說：“音樂在他的生活中有很大的分量?！表f斯說，他20歲時開始彈鋼琴，是他沒能追上的那個女人教的。他每天晚上彈1小時，傾向于古典作曲家，像莫扎特、貝多芬和舒伯特等，那架鋼琴就放在他們老兩口在馬薩諸塞州牛頓市那棟維多利亞式二層樓的起居室里。麗貝卡說：“他8點進那里面，然后關上所有的門，他以為我聽不到?！?/p>

韋斯一直認為，盡管自己已經(jīng)練了63年，但是技藝仍然不佳。他說：“我的水平差，彈什么曲子你能聽出來，但是你不會覺得滿意?！?/p>

如今，韋斯的平靜生活似乎肯定要被倒過來，物理學家都期望他能夠得到諾貝爾獎，如果2016年不成， 那就2017年吧。從LIGO研究小組2月份宣布他們的發(fā)現(xiàn)開始，他與天文臺的合作創(chuàng)辦人、加州理工學院的吉普·索恩，以及已經(jīng)從該學院退休的羅納爾德·德雷弗已經(jīng)獲得好幾項獎：專項突破獎、格魯伯宇宙學獎、邵逸夫天文學獎和科維理天體物理學獎。韋斯說：“說實話，這些獎讓我感到焦慮不安?！彼媱潓⑦@些獎金的九成拿出來資助研究生。韋斯很謙遜，這從他講的許多故事就能看出來，因為在這些故事中他從來都不是主人公。他的朋友瓦拉赫說：“他非常謙虛，這是他的魅力所在?！钡?，韋斯好講故事的習慣似乎還有更深層次的目的，這從“這個著名的故事”里面就能清楚地看到：他先是怎樣墜入情網(wǎng)，后來又怎樣中途輟學。

談話兩三次都折回到這個事件。起先看起來似乎很簡單：韋斯墜入情網(wǎng)，感情無法控制，嚇跑了那個女孩。然而，到了第二次，韋斯說他這個戀人倒不是說無法對付，而是她不太想要。他說：“我把她塑造成了女神，女神是不能碰的，她有更多的追求?！钡?，這個版本很快也褪色了。有人問韋斯，他年輕時是不是人緣很好，他回答：“我不是沒人緣，女孩子我想找誰就是誰?！敝劣趷郏f斯說：“我有過愛?！?/p>

在瓦拉赫的記憶中，情況完全不同。韋斯在20歲出頭時，愛上了他的鋼琴老師，而這個女教師已經(jīng)30多歲。他記得，韋斯大多數(shù)時間都在他這個老師的房子里：“她很喜歡韋斯，而且想嫁給他，這一點兒也不令人吃驚。”而韋斯說，當時結婚還嫌太小，所以就分手了。

問韋斯的妹妹，她哥的戀愛與他輟學有多大的關系，她說：“在那個年齡，這叫反叛，而且從我們那個家庭看，該怎么辦呢？你退學。”

這個講了幾十年的戀愛故事的細節(jié)比起韋斯講這個故事的方法來，顯得遠遠沒有多大分量。他鐘情于改變細節(jié)，每次都會多露出一點，可是他從來不解釋到底是怎么回事，到底感覺如何，或者為什么要講這個故事，也許關鍵就在這里。

LIGO是韋斯腦力勞動的產(chǎn)物，證實了黑洞的存在，證實了恒星坍塌至無限小的一點時留下強烈的引力場。超越事件視界，在距離那個點一定距離之內(nèi)，引力變得非常強大，什么都無法逃逸，甚至連光都不能逃脫。韋斯在講自己的故事時，似乎在創(chuàng)造他自己的事件視界，在這塊由詞語和軼事交織成的屏幕后面，他隱藏了更深層次的自我。盡管他講了很多故事，但是他仍然是一個深藏不露的人。

在老兩口的房子里，麗貝卡在講韋斯怎樣一如既往地修修補補，折騰一臺電腦的顯示器，用它放大活頁樂譜，以彌補自己正在降低的視力。在她的堅持下，韋斯演示了這個系統(tǒng)的原理。起居室里擺著他那架斯坦威小型老鋼琴，舊日的光澤已不復存在，四角已露出木質(zhì)，頂上堆放著活頁樂譜。臨時組建的萬向底座上有一面平板顯示屏，上面顯示放大的樂譜——貝多芬的《奏鳴曲》，第16組音符像樓梯一樣一路上去然后又落下，鍵盤在召喚。

韋斯說：“不，我不想彈。”