[科學發明] 為何又是美國人發現了引力波

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引力波被探測到，是天體物理學界近年來最重要的一項發現，收獲這項成果的是美國LIGO項目。美國人獲得重大科研成果自然不奇怪，但這是一個耗資巨大的項目，美國科學家是如何說服公眾花這麼多納稅人的錢，去觀察十億光年之外、與人們生活毫無關係的黑洞融合所發射出的引力波的？
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      發現引力波是人類的驕傲，但需要指出的是美國人收獲了果實

作為公眾最感興趣的科學領域之一，天文學上的重大發現，往往是媒體上科學類新聞的“流量擔當”。去年就有好幾個天文學重大事件引起了全世界人們的興趣，包括發現1400光年外的“另一個地球”、“新視野號”抵達冥王星、以及NASA確認火星上有液態水等等。不過這些發現都及不上這次“探測到引力波”來得讓業界震撼，不僅證實了偉人愛因斯坦百年前關於引力波的預言，確認了雙黑洞碰撞這一模型，還為天文觀測帶來了新方法，開啟了新紀元。盡管探測到的信號確實只有幾個波形，但通過可視化的多媒體演示手段，已足夠讓普通人模糊地了解到引力波和黑洞碰撞是怎麼回事，不少人也為此感到興奮。

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這一成就毫無疑問是人類的驕傲。但不得不承認的是，這次成果表明，在探測引力波競賽上，還是美國人拔得了頭籌——探測到引力波的兩個LIGO項目裝置都位於美國，主導這一項目的科學家也都是美國人。盡管現在科學界很強調國際合作，包括LIGO項目也是如此，但畢竟此前其他國家還是有“野心”的，比如中國的“天琴計劃”，此前就有報道說這一項目希望能夠率先發現引力波。

而如今，既然是LIGO拔得了頭籌，榮耀自然就主要歸於美國人。在項目資助方美國自然科學基金會組織的新聞發布會上，LIGO項目團隊一開場就大力感謝美國政府、國會、納稅人以及資助單位，並驕傲地說出“這就是科學，我們不挑容易的事做。”毫無疑問，這次發現引力波成為了美國基礎研究的一項重大成果。

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十三億光年外，兩個黑洞“碰撞”

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從媒體報道規格來看也是如此，CNN、紐約時報等主要媒體都在顯著位置報道了這次的成就，並配發了很漂亮的多媒體演示以及科學界的評論。《紐約客》這種高端人文雜誌也迅速發表了早已準備好的、關於項目核心團隊的長篇報道。而中國媒體雖然也很重視這一成就，但采訪到的科學家相對邊緣，更多的是編譯國外媒體的內容。中國網友們盡管對此也不乏興趣，但相比之下，似乎更關注“楊振寧攜夫人逛廟會”這條新聞。

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      美國人在基礎研究上往往有重大突破，與保持了公眾對科研的興趣有很大關係

有了重大成就當然應該好好宣傳，這點當然不錯。但宣傳的動力不止是來自媒體，很大程度上，動力來源於美國科學界自身。美國科學界非常重視與公眾的互動，注重保持公眾對科學研究特別是基礎研究的興趣。

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在LIGO新聞發布會上被媒體圍住的索恩

這次LIGO發現引力波，不得不提的一個人物是基普·索恩，他是主導這一項目的天體物理學家之一，憑這次成果已成為諾貝爾獎熱門候選人。他在前年已經被公眾輿論大大關注了一次，因為他在熱門電影《星際穿越》擔任科學顧問，電影中展示的雄起瑰麗的黑洞、蟲洞，主要就來源於索恩的設想。作為一名重要的物理學大師，索恩的重要特點就在於，善於向他人展示在引力物理和天體物理學領域的一些發現的令人興奮並且重要之處，不僅是面向學術界，同時也能夠讓大眾了解。美國的PBS電視網和英國的BBC電視網都播放過索恩關於黑洞、引力波、相對論、時間旅行以及蟲洞等主題的公眾演講節目。

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在國內物理學者尹璋琦看來，索恩之所以一直與美國科普以及科幻界保持密切的聯係，某種程度上也是為了公共宣傳，樹立正面的形象，從而給LIGO項目籌集所需的資金。索恩通過與科幻電影的深度合作，把相關的科學概念無縫植入了電影等媒介中，潤物細無聲的影響了公眾，為LIGO項目持續獲得充足的資金資助做出了重要的貢獻。

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索恩的努力也給科學界帶來了很大激勵，LIGO項目的執行總監雷茲此前曾經表示，“沒有索恩，就不會存在LIGO項目”，“這個項目是索恩視野、激情和推動力的明證。他有這個能力讓整個科學共同體相信發現引力波不僅是存在可能性，而且是可以達成的”。LIGO項目的另一個主導科學家韋斯則表示，索恩在1990年從國家自然科學基金會獲得全尺寸的探測器的支持發揮了關鍵的作用，而這是美國自然科學基金會資助力度最大的一個項目。

索恩在《星際穿越中的科學》特意提到，LIGO項目是美國納稅人資助的

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電影《星際穿越》上映之後，索恩出了一本《星際穿越中的科學》。從這本書中我們就可以看出索恩是如何趁機維持公眾對科研項目的興趣了，他在書裏介紹了引力波，介紹了LIGO項目，並且特意提到，這一用於“理解宇宙”的項目，主要是用來自納稅人的錢資助的。顯然這種方式會有助於提升公眾對項目的支持程度。

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索恩對科幻小說、電影的興趣也並不完全是功利性的，他相信這種做法也有助於帶來更多科學上的想法。在幫助《接觸》（科普專家卡爾薩根的小說，後改編為電影《超時空接觸》）創作的過程中，索恩提出了關於利用“蟲洞”進行時間旅行的設想，使得一些科學人士開始思考蟲洞作為時空旅行手段的可能性。換句話說，一本小說，在科學研究上促成了一個重要的新方向。

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      基礎研究有很大意義，並不是對公眾的“忽悠”

科學家利用宣傳，促成國家資金和公眾興趣投入到基礎研究上，自然對科研是有好處的。但對公眾利益來說，確實是好事嗎？這是一個長久以來的疑問。經常有人會說，如果這些基礎研究不能帶來更快的汽車和更好用的電器，又有什麼意義呢？

且不談“認識宇宙”在哲學、美學方面的意義，純粹以功利的角度看，這些疑問也是不成立的。美國西北大學的Heidi Schellman教授曾經做過一個比喻：一個人突然想去攀登珠穆朗瑪峰，這件事本身確實不會直接對其他人的生活產生影響。但是，抓絨衣和防水材料一開始卻是為專業的登山者發明，並逐漸降低價格而被廣泛使用的。

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事實上，一位來自國內的LIGO項目參與者就感慨，這個項目付出了研究人員們很多的心血，做出了很多成就，印證愛因斯坦的理論只是一方面，還帶動了激光，材料，光學，工程，計算機等諸多學科前沿的發展。很多LIGO的技術將對或者已經對半導體製造，能源，材料，大數據等實用領域產生深遠影響。雖然項目已經累計花了6億2千萬美元，但這個投入是完全值得的。

而在美國、歐洲很多科學家和普通公眾看來，就算沒有這些附帶的應用成果，這些涉及認識宇宙、認識世界運行法則的研究，也是值得不計成本大力投入的。這種理想主義的理念很值得我們思考。

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LIGO項目的巨型裝置，目的只是為了探測引力波

      中國科研基礎研究投入比例過低，改變現狀需激發出公眾興趣

相比之下，中國科研投入雖然體量很大，但卻存在基礎研究投入相對不足的問題。以太空方面的投入為例，像神舟、天宮、嫦娥等項目，整體上還是偏應用的，像美歐那種動輒投入幾億、十幾億美元、歐元就上馬一個探測引力波項目（LIGO計劃、LISA計劃）、探測彗星認識太陽係起源（“羅塞塔碑”計劃），中國還很少見。高能物理方面，目前面臨北京正負電子對撞機（BEPC）要準備退役的問題，這已經是30多年前建的對撞機，目前還沒有替代者。去年在深圳大亞灣取得重大突破的中微子項目，首席科學家王貽芳承認，功勞很大程度上要歸於“好運氣”，與其他國家的同類項目對比，中國的投入要低很多，未來不宜以大亞灣中微子實驗為標準來要求別的實驗，他認為，“想要高產出，還是要有高投入。”

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從資金統計上可以確證中國科研基礎研究投入比例確實很低。相關數據統計，2006年～2012年，我國全社會研發（R&D）經費總支出從3003.1億元增加到10298.4億元，以年均22.7%的幅度快速增長。全社會基礎研究經費總支出從155.8億元增加到498.8億元，年均增長21.1%。兩項支出的增長率保持相對同步，基礎研究的增長速度甚至比其他類型的研究還要低一些，這導致基礎研究的支出比例始終在5%以下，而國際主要創新型國家的這一指標大多在15%～30%左右。

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不妨拿歐盟作對比。歐盟此前公布了“歐盟地平線2020”科研與創新規劃提案（2014～2020），其中，基礎研究預算為244億歐元，用於提高歐洲基礎研究水平，支持在具有前景的研究新領域開展研究和創新合作，確保歐盟具有開放的世界級科研基礎設施，而有關應用技術的預算才為170億歐元，可見歐盟對於基礎研究的重視。

改變現狀，激發公眾興趣是很重要的一點。如果公眾對科研項目有很大興趣，那麼項目的資助方興趣就會提升，像歐美國家不僅有政府支持，還有企業以及各種私人基金如蓋茨基金會等的支持，而我國則主要是政府在出錢。而提升公眾興趣，就需要我國的科學家像索恩那樣，重視宣傳，重視與公眾溝通，參與公眾容易感興趣的科普項目甚至科幻小說、電影等等。而目前我國科學家在這方面還差得很遠。

結語:
發現引力波，與中國公眾關係最大的，似乎是小說《三體》提到了跟引力波有關的內容。但這也不是什麼令人遺憾的事情，不斷提升公眾興趣，相信有朝一日中國科研能為人類做出更大貢獻。

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