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清華大學參與引力波探測 加速其被發(fā)現(xiàn)進程

2016年02月14日 05:51:58  來源:新華網(wǎng)
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  眾里尋它千百度。近一個世紀的求索后,人類終于聆聽到宇宙深處的聲音。美國“激光干涉引力波天文臺”(LIGO)成功探測到引力波,背后有十多個國家、千余名研究人員的艱辛付出。

  其中,中國清華大學的科研團隊以高精度的數(shù)據(jù)分析能力幫助“凈化”了引力波探測中的干擾信號,加速了邁向星辰大海的征程。

  【“數(shù)海尋珠”助力搜索】

  清華大學LIGO工作組負責人曹軍威

  2009年,清華大學被LIGO科學合作組織(LSC)接受為正式成員,也是目前中國大陸唯一的LSC成員。清華大學信息技術研究院研究員、LSC理事會成員曹軍威是清華大學LIGO工作組負責人。

  “這次發(fā)現(xiàn)的確美妙和激動人心,但日常工作中的海量數(shù)據(jù)分析并不總是令人愉快,”曹軍威日前接受新華社記者專訪時說。這一研究團隊著重應用先進計算技術提高引力波數(shù)據(jù)分析的速度和效率,參與了LSC引力波暴和數(shù)據(jù)分析軟件等相關研究。

  為了捕捉“虛無縹緲”的引力波,研究者們苦練“內(nèi)功”。曹軍威說,最大的挑戰(zhàn)在于LIGO數(shù)據(jù)的采樣頻率特別高,達到每秒1萬6千次以上,采樣信道達上萬個,數(shù)據(jù)量大,需要先進的計算機處理技術做支撐,提高數(shù)據(jù)處理效率,這也是清華團隊的工作重點。

  例如,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。對引力 波信號的提取有一個非常直觀的做法,就是將引力波信道的事件和其他環(huán)境信道的事件進行比對,如果引力波信道的某類事件跟某些環(huán)境信道的事件耦合性比較強, 就可以據(jù)此“否決”引力波信道的事件。

  這樣,引力波信號探測的物理問題被轉(zhuǎn)化成了一個數(shù)據(jù)分析處理問題。曹軍威說,對數(shù)據(jù)本身關聯(lián)性的判斷正是機器學習的強項,也正是具有自動化和計算機學科背景的清華團隊所擅長的。

  “漫長的時間里LIGO探測器并沒有達到設計精度,是探測不到真正的引力波信號的,可以認為實際大家在處理的全都是噪聲,可就是在對這些噪聲的一點一滴的處理中不斷積累經(jīng)驗,不斷提升儀器的精度,才有了今天的探測靈敏度,”他說。

  一個典型的引力波應變大約在質(zhì)子直徑的萬分之一,具有極高靈敏度的LIGO探測器才能夠測量出如此微小的變化。在曹軍威看來,探測器的精度提升和數(shù)據(jù)分析處理相輔相成,最終成就了引力波探測的成功,這是全世界千余名研究人員共同努力的結果。

  【“高冷科研”彰顯魅力】

  曹軍威認為,引力波被直接探測具有雙重意義:從物理學的角度,就是證實了愛因斯坦廣義相對論的一個重要預言;從天文學的角度,是開啟了一扇前所未有的探索宇宙的新窗口,開創(chuàng)了引力波天文學的新時代。

  引力波的探測和數(shù)據(jù)分析還需要多學科背景的研究者聯(lián)合工作,這也帶動了光學、工程、計算機等多學科的前沿發(fā)展。曹軍威說:“科學探索的需求一直是計算機技 術發(fā)展的驅(qū)動力之一。LIGO項目對數(shù)據(jù)處理要求極高,對計算技術挑戰(zhàn)很大,清華參與LIGO項目也是希望掌握第一手的應用需求,有的放矢地開展計算機應 用研究!

  國際上引力波科學研究和觀測工作如火如荼,而中國在這方面基礎相對薄弱,目前還沒有自主建設的引力波天文臺。曹軍威認為,接下來中國亟需自主建設引力波天文臺,既要腳踏實地培養(yǎng)人才,又要有開放合作的心態(tài),充分借鑒國際上已有研究和實驗成果,并大力加強跨領域合作。

不過,把引力波的發(fā)現(xiàn)用于科幻迷們期待已久的時空穿越和星際通信,還需漫長的等待。

  不過,把引力波的發(fā)現(xiàn)用于科幻迷們期待已久的時空穿越和星際通信,還需漫長的等待。

  “科學的發(fā)展往往很有趣,有人總結過,如果某個科學家預言某種事情一定做不成,事實往往會證明預言的錯誤,所以我們不敢說時空穿越和星際通信在遙遠的未來一定不會實現(xiàn),因為事實上確實有嚴肅的科研工作者在研究這些問題,”曹軍威說。

  這一看似“高冷”的基礎科學突破,在普通人中也掀起漣漪。“這就是基礎科學研究的魅力所在,任何人與生俱來就會有的好奇心,驅(qū)使大家有興趣去琢磨一下,雖然大多數(shù)人不會以此為職業(yè),”曹軍威說。

  據(jù)曹軍威介紹,在這次引力波探測成功的消息發(fā)布過程中,世界各地LIGO科學合作組織中的華人學者也自發(fā)組成團隊,夜以繼日把最新成果資料翻譯成中文,第 一時間呈現(xiàn)給國內(nèi)讀者。在LIGO官方發(fā)布消息的12小時內(nèi),多篇由一線研究者和學界專家撰寫的深入淺出的解讀性文章,通過互聯(lián)網(wǎng)、移動端密集發(fā)布,使得 艱深的科學發(fā)現(xiàn)“飛入尋常百姓家”。

  一名讀者在一篇科普文章下評論道:“多年以后,面對浩瀚星海,遠航的星艦文明將會回想起2016年2月11日,人類公開宣布首次探測到引力波信號的那個遙遠夜晚!保ㄓ浾吲碥纾氯A國際客戶端報道)

[責任編輯:郭曉康]