引力波，是從浩瀚的宇宙深處傳來的“天籟之音”——雖然愛因斯坦百年前就預言它的存在，我們也可能早已無數(shù)次與之相遇。但囿于技術(shù)，我們對它幾乎一無所知。直到去年9月14日，位于美國的兩組4公里長的探測器捕捉到了0.2秒的信號，之后經(jīng)過計算確認，引力波被證實。人類將建立認知宇宙的“第六感”。

　　在發(fā)現(xiàn)引力波的激光干涉引力波天文臺（LIGO）科學家群體中，有一支來自中國大陸的團隊作出了貢獻。他們是清華大學曹軍威、都志輝、王小鴿三位科學家以及帶領的研究生，他們設計了高速計算系統(tǒng)用于引力波的數(shù)據(jù)分析、噪聲分析和信號搜尋。通俗地講，就是為引力波數(shù)據(jù)分析提供了一把能高速運轉(zhuǎn)、快速比對確認的“數(shù)據(jù)尺”。

回國組建引力波研究團隊

　　LIGO的研究工作由LIGO科學合作組織（LSC）完成，曹軍威是LSC理事會成員，也是清華團隊的負責人。他本科、碩士研究生均畢業(yè)于清華大學，之后出國深造，先后在英國、德國和美國從事研究工作。

　　其實早在2004年，曹軍威就加入了LIGO的引力波研究?！爱敃r美國LIGO天文臺的研究數(shù)據(jù)量比較大，他們迫切需要科學家能把這些數(shù)據(jù)有效管理并利用起來，正好我研究的是管理數(shù)據(jù)的計算機網(wǎng)格技術(shù)?！辈苘娡f。當年7月，他加入美國麻省理工學院LIGO實驗室，成為一名研究科學家。

　　在美國工作期間曹軍威深刻了解了引力波探測的重大意義，同時也發(fā)現(xiàn)中國還沒有任何單位加入其中，如果回國組建團隊，或許能有更大的貢獻。2006年底，他全職回到清華大學任教?！疤剿骱棋奶?，研究引力波是一項全球科學家都渴望加入的事業(yè)，我不想讓中國的高校和科學家被阻在門外?！彼f。

　　回到清華的曹軍威做的第一件事，就是組建一支引力波研究團隊，他向計算機系副教授都志輝、王小鴿發(fā)出了邀請。都志輝是做并行計算研究的，這種算法最大的作用就是加速，他曾經(jīng)跟機械系團隊合作，把一個汽車鑄件的仿真計算從過去的1個星期縮短為3個小時?！耙Σㄓ嬎阈枰玫酱罅繑?shù)據(jù)分析，高性能運算有用武之地?！倍贾据x對記者說。他坦言，2007年初加入這項研究時還有一些興奮，“從科學意義上說，這是一件非常有價值的事情，我們都期待能有所突破。”

計算機專家“惡補”天文

　　自從百年前愛因斯坦的廣義相對論提出了引力波后，國外科學家對于引力波的研究就未曾停止。2007年才起步的清華團隊無疑面臨巨大考驗?！耙Σǖ难芯勘尘爸饕谔煳奈锢眍I域，我們都是搞計算機的，知識上就存在跨度?！辈苘娡f。

　　都志輝也對記者坦言，對引力波知之甚少，入門困難，“比如我們只知道黑洞大概是怎么回事，但怎樣合并，合并過程中又怎樣產(chǎn)生引力波，功率如何，這些就不清楚了。”他說。

　　他們沒有氣餒，請來了學校天體物理中心的老師講課，根據(jù)研究的需要“惡補”天文學知識。老師學，老師所帶領的研究生也學，一邊學一邊投入研究。每天清晨不到8點，清華東主樓八層的實驗室，師生一天的研究就已經(jīng)開始了：做實驗、例會討論、閱讀文獻資料、修改實驗設計……忙碌起來，一天轉(zhuǎn)瞬即逝，走出主樓時，經(jīng)常已經(jīng)是月滿星空。

　　2008年，都志輝前往美國佐治亞理工學院訪學。在此期間他專門前往麻省理工學院的LIGO實驗室，了解引力波的最新進展。曹軍威更是每年都需要幾次往返中美，向國外科學家介紹清華團隊的研究情況。終于，清華團隊的研究得到了認可。

　　2009年LSC接受清華大學為正式成員。這是目前中國大陸唯一一個LSC成員?！敖涣鞯那栏油〞?，研究合作更加深入，對引力波的發(fā)現(xiàn)確認起重要推動作用。”曹軍威談及這次“入伙兒”的意義時說。

研發(fā)高速系統(tǒng)“量出”引力波

　　引力波的探測是世界上“最精密”的實驗之一。要捕捉兩個黑洞合并產(chǎn)生的引力波信息，就好比在1公里的長度上找到比肉眼難見的原子核半徑還要小1萬倍的空間變化。這種變化還夾雜著大量的輻射波、噪音等干擾信息。光是數(shù)據(jù)采樣頻率就達到每秒1.6萬次以上。

　　曹軍威說，引力波數(shù)據(jù)分析極為關鍵的一步是區(qū)分引力波信號和其他干擾信號。清華團隊將人工智能領域的核心“機器學習”方法用于加強引力波數(shù)據(jù)噪聲分析比對。在都志輝看來，這種對龐大數(shù)據(jù)處理和計算分析甄別就好比用一把尺子去反復地量、比對，找出真正的引力波。

　　在一次學術(shù)交流會上，都志輝見到了同樣從事引力波研究的西澳大利亞大學溫琳清教授，開啟建設了整個引力波研究的重要系統(tǒng)——高靈敏度引力波數(shù)據(jù)流水線，這是一套GPU計算機處理系統(tǒng)。

　　在合作過程中，都志輝和學生每年都會趕赴外方學校所在的澳大利亞珀斯。都志輝坦言，由于精力都用在了研究上，悉尼歌劇院、大堡礁、黃金海岸這些耳熟能詳?shù)陌闹藿?jīng)典地標，他一個都沒去過，“看以后有沒有時間吧?！彼Φ?。

　　北京時間2015年9月14日17時51分，相距3000公里的兩組4公里長的探測器發(fā)現(xiàn)了引力波信號，信號在兩組探測器之間傳遞只用了7毫秒，累計持續(xù)時間也不過0.2秒，但被成功鎖定并確認。愛因斯坦的預言成真。“人類開啟了一扇前所未有的探索宇宙的新窗口，意義深遠?！辈苘娡f。

中國亟須建設引力波天文臺

　　記者了解到，全世界整個引力波研究的科學家涉及天文、物理、機械、激光、精密儀器等諸多領域。據(jù)不完全統(tǒng)計，先后有1000多人參與，有的先驅(qū)早已經(jīng)溘然長逝?！斑@是全世界科學家集體智慧的成果。衍生出的技術(shù)對于諸多應用領域產(chǎn)生了深遠影響?！辈苘娡f。

　　曹軍威、都志輝告訴記者，雖然這次發(fā)現(xiàn)取得了重大突破，但是包括他們在內(nèi)的全球科學家對于引力波的研究并沒有停止，“我們還會進一步加強研究，提高數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的運算速度和效率，這方面沒有止境。”都志輝說。

　　兩人坦言，雖然國際上引力波科學研究和觀測工作開展的如火如荼，但中國在這方面的基礎還相對薄弱，隨著國際上引力波直接觀測的成功和引力波天文學時代的開啟，中國亟須自主建設引力波天文臺，要腳踏實地從培養(yǎng)人才入手；要有開放合作的心態(tài)，充分借鑒國際上已有的研究和實驗成果；要大力加強科學目標引領下的跨領域合作，才有可能帶動一系列的技術(shù)創(chuàng)新和科學發(fā)現(xiàn)，進一步推動我國引力波科學研究的發(fā)展。

    來源：清華新聞網(wǎng)

清華大學總裁班 http://www.phpcgi.com