這個澳洲大爺，把全家都獻給了引力波，還準備拉中國入夥

幾天前，第三次引力波事件的發現提醒我們，引力波事件研究的常態化時代差不多已經到來了。這個充滿無限科幻味道的領域裡，美國暫時一枝獨秀，兩架升級版 LIGO 密切注意著宇宙中黑洞併合事件的啁啾；歐洲人緊隨其後，但是似乎並不太順利——VIRGO 升級過程中，測試鏡面的懸掛裝置多次發生壞損，目前尚未開始升級版的觀測、跟 LIGO “併網發電”。有沒有想過，這樣一個激動人心的領域，除了歐美兩強，還有沒有其他國家的聲音呢？有沒有中國的位置呢？

我在西澳大學射電天文研究中心（ICRAR）待了一年多了，剛來不久就聽說在敝校物理系，有一個叫大衛·布萊爾（David Blair）的老爺子，做引力波研究多年了——方知引力波研究並非只有歐美兩個巨頭，在世界上偏遠一隅的西澳大利亞珀斯，也有那麼一群引力波科學家。後來在各種會議的場合見過老爺子幾面——題圖這張人像，就是我在去年第一屆中澳天文學合作會議（ACAMAR）上，在他介紹完中澳引力波研究合作前景之後與我們閒聊時，抓拍到的。

在那次會上，我方知布萊爾老爺子的研究小組中，這個“中澳引力波合作前景”已經部分的轉化成了現實——他手下年輕的研究人員和學生中，有一半多都是中國人。今天我跟其中一位相熟的同學閒聊時，聽說原來布萊爾老爺子的夫人和長子，也都是從事引力波研究的。其長子剛剛博士畢業，即將去美國 LIGO 工作。原來科學家也搞工匠式的職業世襲啊……這個訊息，頓時讓我對布萊爾老爺子和他搭上全家去拼搏的引力波事業，燃起了熊熊的八卦之心，下面簡單報告一下八卦的成果。

（大衛·布萊爾和他研究組的部分成員，攝影 Nic Ellis / The West Australian。後面一排除了左二布萊爾的兒子，似乎都是中國人。）

西澳州大型地基引力波探測器？

先說說布萊爾老爺子近年來大力鼓推的，在西澳州建設大型地基引力波探測器的設想。

地基引力波探測器的基本原理是在每個基站建兩個相互垂直的真空腔，腔體兩段放置鏡面，讓兩束同源的強鐳射在真空腔兩端之間往復反射，最後再發生干涉，然後透過觀察干涉圖樣的光強，來判斷這兩個鐳射臂的長度產生的極其極其極其微弱的差別，進而尋找由天體引力波事件造成的訊號時變特徵。

而這個真空腔造的越長，同樣功率的光線在其中經過的路徑也就越長，對引力波訊號的探測也就越靈敏。所以正如天文學家想要把望遠鏡口徑造的越來越大，引力波科學家則希望把干涉腔做的越來越長。而國際上現有的主要引力波探測器的長度，主要是在4km或者3km這個樣子，如圖所示：

而布萊爾老爺子設想的“澳洲國際引力波天文臺”（AIGO），將建設臂長8公里的巨大真空腔，臂長是美國 LIGO 的2倍，靈敏度是其4倍、探測搜尋體積是其64倍。如果這個設想能夠實現，等了一年多才發現三例的雙黑洞併合引力波事件，將能夠一兩天發現一例。

說起來，西澳州人民對自己幅員遼闊的故鄉那是充滿了自豪感。紀念品商店賣的明信片，就有把西澳面積跟中美歐印各大國家地區放一塊比較的……所以像什麼平方公里陣列（SKA）啦，特別大的引力波探測器啦，這種聽上去又是黑科技，又特別佔地方的事情，（樸實的）西澳州政府和人民是特別嘚瑟的願意招攬的——雖然 8km 也就毛毛雨，不足以彰顯西澳的“地大物博”，投資刺激老少邊窮地區經濟可是實打實的。

總之，從少年時期就在西澳生活、學習、工作的布萊爾老爺子，是寄望於把這個 AIGO 落實在西澳的。實際上現在已經建成的 AIGO 第一期80米臂長的實驗陣，就在西澳州府珀斯市北邊一小時車程的金金（GinGin）。

（西澳州南北最大陸地距離近2600公里，相當於北京到西沙。）

在澳洲建引力波探測器，還有很實際的科學上的好處：

現有或規劃中的其他地基引力波探測器，都是在北半球，而澳洲不僅地處南半球，而且和美國正好處於地球兩端——記得《盜夢空間》那個漫長的航班是從哪到哪嗎——這樣如果在澳洲建一個基站，跟美國的 LIGO 組網，可以最大化的利用地球的尺寸，構造地基基站之間可行的最長基線。基線長、基站多，組網測量的方向準確性就比較好，更容易定準引力波源的位置，方便其他波段望遠鏡的跟進搜尋。

（加入 AIGO 前後的方位測量精度，可見只有 LIGO 和 VIRGO的話，還有很多區域誤差很大，而加入 AIGO 之後，方位精度大大改善。圖：溫琳清、陳雁北 2010）

拉中國入夥？

在2010年之前，AIGO 它還不叫 AIGO，而是跟 INDIGO 的別名 LIGO-India 類似，叫做 LIGO-Australia。不過後來可能發現美國和歐洲都自己玩的挺 high，沒工夫（和錢，主要是錢）搭理澳洲人，布萊爾的攻略重點就轉到兩廣（誤）中國了。這也是為什麼 LIGO 的 I 是 Interferometer，而 AIGO 的 I 是 International——一開始就想明白了，這麼大的事，靠澳洲一國，是搞不定的。

放眼全球，有這個雄心，有這個財力，還沒搞地基引力波大裝置的，也就剩中國了。

而且中國有……一~帶~一~路~啊！這又是需要大規模建設，又需要錢，又需要人的事情，不找中國，找誰呢？——這不是我生拉硬套，布萊爾2016年給澳洲有關部門關於“澳洲科學基礎設施路線圖”的答詢覆信中，明確的提到了一帶一路和由此帶來的合作可能。布萊爾還勸誘有關部門，就此跟中國合作，能夠讓澳洲與這個“很快將會主導國際科學界的國家緊密的連線在一起”。

It will engage Australia closely with the country that will soon be dominating world

international science。

David Blair， 2016 National Research Infrastructure Roadmap

Capability Issues Paper

但是，這封長達10頁的覆信也提到了一個問題，中國科研經費用於境外設施的投資可能會比較麻煩。我所耳聞的境外天文大裝置建設案例，只有我國在阿根廷佔了一小片租借地打算建的40米射電望遠鏡——用於航天測控通訊保障，不得不如此；中國參與的TMT、SKA等專案，雖然建在境外，但中國只出一少部分錢（10%），這部分錢還主要花在國內的研發任務上。如果說一個大科學裝置，中國是兩個主要合夥人之一，這個東西還建在國外，那中國政府肯定不高興——換位思考，這麼個東西要是建在中國，那澳洲政府能高興到哪去？

所以2015年12月，布萊爾和中國的一些人在《中國科學》雜誌上聯合發表的一篇文章，就提出，中澳合作建一對兒，中澳兩邊各設一站這樣的設想，從情理上是更能說的通了。文章合作者來自科學院理論物理所、清華大學、北師大等多個單位。

但是，有那麼多錢造一對兒嗎？

布萊爾在答詢覆信中指出，LIGO 等現有裝置的造價在2。5億澳元（13億人民幣）量級——跟FAST 聽上去差不多——而估計 AIGO 的造價似乎為時尚早。他說，成本的大頭在於人力成本，他估計一共需要600個等效全職年——60個全職幹十年；而主要硬體設施的成本則不低於7億人民幣（聽上去也還好？）。而國際上大科學裝置通常採用先撥付少量（如1%）種子基金用於專案預研這樣的財務模型，現階段實際需要動用的資金量並不是很大。如果考慮兩國合作，在研發方面可以互相分擔一部分工作量，則各自需要投入的就更少。

一個巴掌拍不響，中國國內的情況怎麼樣？

emmmm，這我就不敢亂說了。據公開報道，中山大學主推的空間引力波探測計劃“天琴”預計總耗資上百億人民幣，如果建一個8km地基陣真的只要十幾億，那似乎價效比還蠻高的？雖然技術是美帝的 LIGO 先突破的、頭功是美帝先做出來的，但我們造的大，科學產出也可以比較多啊~這個價效比，對科學經費管理部門來說，可能大概也許未見得不會予以考慮。

目前中國國內引力波探測計劃討論的比較多的除中大的“天琴”之外，還有科學院提出的“太極”計劃，還有打個擦邊球的、實際上是做“原初引力波”的阿里專案，以及號稱“脈衝星計時陣列”實為脈衝星射電觀測的若干射電望遠鏡。雖然布萊爾頻頻去中國走動，但除了引力波小圈子之外，似乎並未聽到太多關於鐳射干涉地基大裝置建設的討論；只查到十幾年前一個不相關的湯克雲等中國科學家自己提出來的地下引力波鐳射干涉儀方案，沒有見到明確與布萊爾所推之8km方案對應的專案出現在公開可查的中文文獻、檔案中。

所以布萊爾這顆石頭扔進中國的池塘裡，能不能聽到響、什麼時候能聽到響，還是要打個問號——要是考慮到高功率鐳射等先進技術可能受到澳洲對華武器禁運相關法律的約束，這事情還會更困難一些。

布大爺的其他八卦

聽了布萊爾接受澳洲廣播電臺（ABC）專訪的一個節目，主持人好生八卦了一番布萊爾的生平，有這麼幾個段子，稍有趣味，以饗讀者。

布萊爾出生於英國，但是小時候隨父親在奈及利亞生活過一段時間——當時奈及利亞尚且是英國的殖民地（1960年獨立的），他的父親在那裡的殖民地當局中任職數年。稍長後，布萊爾舉家遷至西澳洲，他的中學是在小城奧爾巴尼（Albany）唸的。

1957年，第一顆人造地球衛星上天，11歲的布萊爾聽聞歡欣鼓舞，從此拋棄了接管家族農場養牛放羊的人生計劃，走上了自制火箭和無線電臺的極客不歸路。一次，他跟同夥架了個小電臺，接收某商業電臺的訊號，並採用 ABC 的頻率實時的廣播出去、干擾鄰居家的訊號，那一刻，小布心中充盈著熊孩子的自豪與快感。

讀博士時，他的老師教導他，“永遠做最困難的事”“這樣才能成為一個海賊王一樣的男人”（誤）。1970年前後，布萊爾聽聞美國物理學家韋伯（Joseph Weber）探測引力波的實驗之後，大受激勵，於是他選擇了做引力波。在韋伯的忽悠下席捲各國的棒狀引力波探測器的潮流中，布萊爾也領導了位於珀斯的一臺棒狀引力波探測裝置的設計製造——當然失敗了——此番繼續追隨鐳射干涉引力波探測的步伐，也算的上是老當益壯、窮且益堅。

布大爺對科普非常有熱情，尤其引力波這麼抓眼球的話題，布大爺沒有浪費機會。他在 AIGO 所在地金金推動建造了一個引力波主題科普公園“引力發現中心”；LIGO 發現首例事件之後，也曾見他手持皮球來到我校標誌性的主樓方塘，靠水波演示“引力波”；在校園中也不時見到老爺子出鏡舉辦講座。與老爺子真人對話，真能感到他充沛的熱情和友善。

1946年出生的布大爺已經71，將屆退休的年齡（雖說天文學家幹到90幾的也是有的），他兒子小布（卡爾·布萊爾）已經成為接過衣缽之新一代的一員。還真的蠻希望在老布小布、在澳國人等一眾的努力下，中國、澳洲最終能建起這一對聆聽黑暗森林中群鳥啁啾的巨耳吧。

參考資料：

David Blair 2016， 2016 National Research Infrastructure Roadmap Capability Issues Paper

王運永等，2014年8月《天文學進展》，鐳射干涉儀引力波探測器

溫琳清、陳雁北 2010，Geometrical expression for the angular resolution of a network of gravitational-wave detectors

澳洲廣播電臺 2012， Who are you？ Professor David Blair

西澳大利亞人報 2016，WA scientists join gravity wave search

西澳大學物理學院 2010，Science for the Future

David Blair 等2015，中國科學，The next detectors for gravitational wave astronomy

Jo van den Brand 等2017，KAGRA International Workshop，Status of Advanced Virgo