憑統計學估算異常現象 幫LIGO探究黑洞星系特性
重力波可說是近年天文學最重大發現,成功探測重力波的「激光干涉儀重力波觀測站(LIGO)」三位創辦人因而獲頒2017年的諾貝爾物理學獎。這項被視為打開觀察宇宙新視窗的研究,其裊裊「餘音」也正在有志科研的香港青年一代之間蕩漾。現於麻省理工學院(MIT)LIGO實驗室修讀物理博士的港生吳鈞揚,在本科期間透過統計學方法,估算與重力波相關的異常現象,協助LIGO進一步研究黑洞及星系的特性。這名90後曾向LIGO創始人、諾貝爾獎得主雷納.韋斯匯報研究進展,特別讚揚韋斯雖已年屆80多歲,但頭腦轉數夠快,令他十分佩服。 香港文匯報記者 高鈺
愛因斯坦逾百年前在廣義相對論中預言的重力波(gravitational waves)為時空結構中的漣漪,是來自遙遠宇宙中發生的劇烈事件所產生的信號。在上世紀80年代,雷納.韋斯(Rainer Weiss)與加州理工學院榮休教授基普.索恩(Kip Thorne)等就提出以LIGO探測重力波,至2016年2月,LIGO公佈首次成功探測到重力波,令世人為之振奮。
這項對科學世界影響深遠的研究,中文大學亦有份參與。去年剛於中大物理系畢業的吳鈞揚,因對重力波有濃厚的興趣,自本科三年級開始追隨物理系助理教授黎冠峰加入LIGO的研究,現正於MIT的LIGO實驗室深造的他早前接受香港文匯報訪問,分享其體會。
過去,天文學家觀測太空只能「用『看』的」接收光線及其他光譜訊號,現時卻有機會利用重力波,透過空間的震動去探索星系的分佈。
研有聲有畫「多媒體」宇宙
有科學家形容,LIGO就如一座天體聽筒,是用來傾聽隱形宇宙所奏出微弱交響樂(重力波)的巨型擴音器;對於吳鈞揚這一代的新晉科研人員來說,在他們面前待探索的,將會是有聲有畫的「多媒體」宇宙世界。
至今為止LIGO已成功探測到5次重力波,吳鈞揚表示,隨粌IGO探測器愈來愈先進,可探測到的範圍也愈來愈大,而他的工作,主要在於利用統計學去估算會否出現異常現象,影響LIGO的探測,「例如若果星系後隱藏了一個雙黑洞,當重力波經過一個星系時,會否扭曲時空,出現重力透鏡的現象呢?我們需要估計每年會見到多少個重力波被放大的異常現象。」這些資料將可幫助研究黑洞及星系的特性。
研究過程中,他編寫了不少電腦程式進行推測,涉及很多物理理論及數學問題。他坦言,「Debug」(除錯)是難題之一,要不斷用數學方法去解方程;其次是如何設定一個研究問題,確保研究的方向正確,故需要黎冠峰的引導。
由於研究項目要與不同國家的學者合作,亦令吳鈞揚有機會與一名英籍教授交流,雙方不時就茯膍s方法的細節而有爭論,「這是很難得的,作為學生,教授應該高我一級,但在科研面前人人平等,我也可提出我的意見。」這讓他明白思維要跳出固有的「框框」,以創新的研究方法解決相關的物理問題。
去年獲MIT取錄讀物理博士
為更深入研究重力波,吳鈞揚去年獲MIT物理系研究院取錄修讀物理博士,加入該校LIGO實驗室。而在正式加盟前,他亦曾到MIT研究小組匯報其有關LIGO的統計估算進展,遇到當時仍在實驗室工作的MIT榮休教授韋斯。
他憶述,韋斯雖已年屆85歲,但頭腦轉數仍很快,是一名頂尖科學家,甚至「未卜先知」,「我在匯報時會有停頓讓小組成員提問,而韋斯每次提的問題,正正是我下一個要匯報的重點」,令他既驚訝又佩服。
就LIGO將來的研究方向,他透露MIT將會研究新儀器進行探測、研究如何改良敏感度提升探測準確度等,會涉及不少量子力學的問題;而他則主力會用重力波去研究宇宙學,協助資料分析等工作。