搜狐科技《思想大爆炸——對話科學家》欄目第17期，對話中國科學院國家天文臺、北京大學天文系雙聘研究員，CPTA研究團隊負責人李柯伽。
嘉賓簡介
李柯伽，中國脈沖星測時陣（CPTA）研究團隊負責人、中國科學院國家天文臺、北京大學天文系雙聘研究員。工作領域主要是脈沖星和快速射電暴的觀測研究，其原創性研究工作多次獲獎。
劃重點：
1.找到納赫茲引力波存在的關鍵性證據讓我們有了新的宇宙觀測窗口。
2.那口“大鍋”是全人類天文學家探索宇宙的利器。
3.探測納赫茲引力波就像是在一公里長的尺度上測出幾十分之一個氫原子大小的變化。
4.愛因斯坦有關引力波的預言進一步被證實了。
5.納赫茲引力波最關鍵的用處就是可以讓我們進一步了解星系的形成和宇宙的起源。
6.FAST發射的接收面積，比現在世界上其他國家觀測脈沖星望遠鏡的面積加起來還要大。
出品 |搜狐科技
作者 |周錦童
編輯 |楊錦
在浩瀚的宇宙中，人類渺小得像一顆塵埃。我們無數次站在地球上遙望星空，試圖探索那看不到的宇宙空間里究竟發生了什么？而引力波無疑給了我們一個觀測宇宙的窗口。
近日，由中國科學院國家天文臺等單位科研人員組成的中國脈沖星測時陣列（CPTA）研究團隊利用中國天眼FAST，探測到納赫茲引力波存在的關鍵性證據。
“這一成果讓我們有了一個‘新’的窗口去觀測宇宙。”CPTA研究團隊負責人李柯伽如是說。而這一研究成果的實現依靠的就是我們十分好奇的那口“大鍋”——中國天眼FAST。
李柯伽表示，FAST這口“大鍋”是很關鍵的，它現在是世界上最靈敏的L波段無線電望遠鏡，它不光可以是我國的大型科學設施，也是全人類觀測宇宙最重要的設施之一。
擁有FAST這口“大鍋”的我們是不是就可以趕超歐美了？對此，李柯伽表示，歐洲、澳大利亞都有長期監測的傳統，美國也有十九年的數據積累，但我們只有三年多的積累，數據長度很難追趕，但由于FAST接收面積大，靈敏度高，在數據測量方面精確度會很高。
李柯伽認為，現階段我們和其他國家的研究團隊是齊頭并進的，“國際團隊的數據雖然長但是測量誤差大，我們雖然數據短但精確度高，所以我們的相關研究結果是互補的，我們也有著非常密切的合作。”李柯伽如是說。
其實引力波的信號是非常微弱的，納赫茲引力波的探測更是困難重重，就像是要在一公里長的尺度上測出幾十分之一個氫原子大小的變化，同時還要保證整個觀測系統在年量級上不發生一點變化。李柯伽的團隊歷經二十年研究終于解決了所有困難，正如他所說：“把時間花進去，總能把相關問題解決！”
而納赫茲引力波最關鍵的用處就是可以讓我們進一步了解星系的形成和宇宙的起源。李柯伽表示，宇宙結構形成的時候會產生引力波，通過觀測引力波可以反推宇宙結構與起源，星系的形成與變化。
在《三體》小說中，引力波成為了人類威懾三體人的通信工具。而引力波是否可以實現通信、曲率引擎是否可以存在等問題也成為了網友們關注的焦點。對此，李柯伽表示，理論上或許是有可能的，但是否能實現目前還不知道。
此外，這一研究成果也進一步驗證了1915年愛因斯坦在廣義相對論里提出的觀點：引力是時空彎曲產生的結果——時空告訴物質如何運動，物質告訴時空如何彎曲。
在對話最后，李柯伽還談及了未來關于納赫茲引力波波段的研究方向。他表示，現在需要做的就是繼續保持我國在相關領域研究的先進性，我們需要盡快地積累更多數據。首先要把探測到的證據進一步地確實，后續還可以去研究引力波具體的起源和物理機制等。
以下為對話實錄（經編輯整理）：
搜狐科技：咱們的研究團隊是如何利用中國天眼FAST測到納赫茲引力波存在的關鍵性證據的？
李柯伽：我們是用中國天眼FAST望遠鏡，對五十七顆毫秒脈沖星開展了長期的脈沖星監測。然后利用脈沖星監測的數據來測量脈沖星發出來的脈沖到達地球的時間。脈沖星自己的轉動是非常穩定的，所以它發出來的脈沖信號也是非常穩定的，但是這個信號從脈沖星到我們這是非常遠的距離，這個距離在銀河系尺度上，大概是幾千光年。
脈沖信號會受到引力波的調制，使得脈沖星的信號到達地球的時間要不早一些，要不晚一些。這個變早或變晚的情況是被納赫茲引力波調制的，然后我們去觀測不同的脈沖星的數據，來分析到達時間變早提前或者變晚延遲的相關性，在這個相關性的基礎上，找到納赫茲引力波存在的證據。
搜狐科技：您覺得這一研究成果意味著什么？帶來了怎樣的影響？
李柯伽：這個結果出來以后使得我們更有信心去沖擊或者說徹底地打開納赫茲引力波觀測窗口。至于它有什么樣的影響，其實更多是學術上的影響，就是我們有了新的可以觀測宇宙的窗口，至于這個觀測窗口里后續會發現一些什么樣的新事情，目前我們還不知道。
搜狐科技：我了解到我國納赫茲引力波探測的靈敏度已經與美、歐、澳水平相當，是如何做到的？就是因為咱們擁有FAST就可以趕超歐美了？
李柯伽：我覺得這很難講，趕超需要劃定一個標準，才能說追平或趕超。歐洲有長期監測的傳統，澳大利亞也有，他們到現在差不多是擁有二十多年，快三十年的數據，美國人會晚一點，他們也積累了十九年的數據。
FAST從2019年建成到現在，差不多四年，我們積累了大概三年多的數據。所以從這個數據長度角度去談追趕的話，是很難追趕的，因為別人確實做的比我們早。但FAST的接收面積很大、靈敏度高，所以FAST在數據測量方面精確度會很高。
搜狐科技：這次的發現是不是也反向驗證了FAST的價值？因為我聽說當時修建那口“大鍋”花了很多錢。
李柯伽：那口“大鍋”其實也沒有想象中的那么費錢，它的造價全部加起來大概是十二億人民幣。但是FAST這口“大鍋”是很關鍵的，它現在是世界上最靈敏的L波段無線電望遠鏡。我認為它不光是我國的大型科學設施，也是整個人類觀測宇宙的一個最重要的設施之一。
搜狐科技：引力波的信號其實是非常微弱的，那探測納赫茲引力波是不是更加困難重重？
李柯伽：是的，就像我們探測到的這個引力波，這個信號的幅度大概是1E-15這樣一個水平，這樣直接說可能大家沒有太多的概念。舉個例子這就像是一公里長的尺度上邊要測出幾十分之一個氫原子的大小的變化。
而且由于它是納赫茲引力波，所以它的周期非常長，它的周期變化是年量級的，所以你需要保證你整個觀測系統在年量級上邊不要有大的變化，才能把這個引力波所帶來的變化測明白。
搜狐科技：比太陽質量大一倍或者說千億倍的黑洞運動被人類觀測到了，所以愛因斯坦1915年預言的引力波是不是被進一步證實真實存在的了？
李柯伽：是的，被進一步證實了，這個事情和愛因斯坦的廣義相對論實際上是相容的。
搜狐科技：這一成果是不是可以讓我們進一步了解星系的形成和宇宙的起源？
李柯伽：對的，這個是納赫茲引力波最關鍵的用處。我們宇宙是有結構的，宇宙結構形成的時候會產生出引力波，通過觀測引力波，我們可以反過來推測宇宙的結構是什么樣的，是怎么起源的。因為這個事情直接用其他的電磁波手段去看是一個相對間接的事情，但是用引力波的話，你能直接看到，比如說星系合并的時候，中心的兩個黑洞是怎么樣并合相互繞轉的。
搜狐科技：這個成果是不是可以進一步研究宇宙大爆炸原初時刻的物理過程？
李柯伽：這個問題在學術界是有一些討論的。要等接下來看這個數據質量怎么樣，然后再進一步深化觀測，類似相關的研究是可以開展的。特別是如果納赫茲引力波的觀測和微波背景的觀測結合起來的話，那么實際上在這個領域是可以有比較大的成果的。但是在標準的宇宙模型下，直接利用脈沖星測時探測納赫茲引力波來探測原初引力波，這個事情是不太可能的，盡管只是標準模型說不可能。
搜狐科技：這一研究是不是可以意味著我們可以“知過去、知未來”？擁有這樣穿越時空的可能性呢？
李柯伽：其實天文學家永遠是“知過去”的。比如說一個距離我們一千光年的星星，它發出來的光到達地球的時候，其實已經是一千年以后了。所以我們知道的其實永遠是一千光年前那顆星星的樣子，所以天文學家永遠是“知過去”，我想“知未來”這個可能比較困難。
搜狐科技：您剛才也提到了超大質量黑洞這樣的一個并合這樣獨有的一個預言，咱們團隊是怎么實現的？
李柯伽：通過勤奮工作，利用脈沖星測時的方法來研究引力波。
搜狐科技：很多網友十分好奇，未來是不是有可能像《三體》那樣通過引力波實現星際之間的通信？
李柯伽：其實我個人覺得是可能的，但是具體是不是真的可以實現這個事情，我們還不知道。
搜狐科技：引力波是宇宙中加速運動的有質量物體擾動周圍時空而產生的時空漣漪。那如果時空真的可以產生漣漪，曲率引擎也是真實存在的么？
李柯伽：道理上似乎看起來是可以的，但是不知道能否做出來。
搜狐科技：未來的研究方向或發展方向是什么？
李柯伽：未來關于納赫茲引力波波段，現在需要做的、最重要的事情就是繼續保持我國在相關領域的研究的先進性。因為我們有大型設備，所以需要盡快地積累更多數據。首先是把我們探測到的證據進一步的確證；其次，數據長了以后，我們還可以去研究引力波不同的起源和物理機制等，這也是比較重要的事情。
搜狐科技：咱們在這方面的研究在國際上處于一個怎樣的位置？
李柯伽：其實我們跟其他國際上不同的組織有著非常密切的合作，我們的相關研究結果是互補的。他們的數據長一些，但是每次測量的誤差要大一些，而我們測量的很準確，但是我們的數據線還比較短。可以說我們的結果是互相印證，互補的。
從探測的置信度上來看， 我們稍微高一點，但也不是非常顯著的高，他們比如說是三個西格瑪，我們是四點六個西格瑪，現階段的話應該是處于一個齊頭并進的狀態。
搜狐科技：FAST優勢會比其他國家的設備更有優勢嗎？
李柯伽：是的，因為FAST的靈敏度比較高，FAST的接收面積比現在世界上其他國家觀測脈沖星的望遠鏡的面積加起來還要大。
搜狐科技：那咱們團隊在探測的過程中有沒有遇到什么瓶頸，如何解決的呢？
李柯伽：其實這個事情我們團隊做的時間挺久了，到今年的七月份差不多有二十年。我們一開始是先把理論方面的工作梳理好，把數據處理的流程梳理好，然后把獲取數據和觀測設備相關的一些事情梳理好。中間的技術問題，二十年里逐漸解決了。