撰文｜贺飞 （北京大学）

 

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2017年诺贝尔物理学奖得主基普·索恩（Kip S. Thorne），是2014年Christopher Nolan导演的大片《星级穿越》的执行制片和科学顾问。他出版了《星级穿越的科学》一书，详细解读了电影中涉及到的科学问题。因为在电影中的表现，他获得了美国空间协会的大众媒体的空间先锋奖。

 

索恩1940年6月1日出生于美国犹他州的罗根市（Logan）。他1962年在加州理工学院获得物理学学士学位，1965年在普林斯顿大学获得物理学博士学位。1967年，索恩加入加州理工学院，成为一名理论物理学副教授，1970年晋升为教授，1981年成为该校William R. Kenan, Jr.讲席教授。1991年被聘为该校Richard P. Feynman理论物理学讲席教授，2009年成为该校Feynman荣休教授。他是当今世界上著名的熟知爱因斯坦广义相对论的天体物理学家。

 

索恩的研究有助于我们从理论上深入理解宇宙中的极端天体（如黑洞）及其如何扭曲时空。他和加州理工的Ronald W. P. Drever以及麻省理工学院的Rainer Weiss是LIGO的共同发起人。

 

2016年2月11日， LIGO宣布此前于2015年9月14日利用臂长达4公里的激光干涉仪首次直接探测到了距离我们13亿光年的两个黑洞并合事件造成的引力波。LIGO的核心装置由两个L型的名为干涉仪的仪器组成，一个在美国华盛顿州的Hanford，另一个在路易斯安那州的Livingston，可以精确测量引力波造成的微小时空变化。这一发现不仅直接验证了爱因斯坦100多年前广义相对论的预言和引力波的存在，还开启了人类对强引力、随时间变化的引力以及黑洞的直接观测，打开了认识宇宙的一个新窗口，必将推动引力波天文学的发展。

 

在1960年代后期，索恩开始LIGO的理论支撑研究。他在加州理工学院成立了一个引力波理论研究小组，并预测了宇宙中（如黑洞，中子星和超新星等）所产生的引力波的详细特性和强度。1972年，索恩和其学生Bill Press（MS '71, PhD '73）首次发表了相关论文，归纳了以后大家熟知引力波的来源，预测了引力波天文学的未来演变。

 

1975年，索恩和Weiss讨论，导致他们随后与Drever一道，共同发起LIGO项目。从1970年代到2000年代，索恩和他的博士后以及学生一直为LIGO提供理论支持，包括分析了引力波的潜在来源、如何在LIGO的噪声中寻找引力波、分析引力波的噪声来源以及如何排除噪声干扰等。索恩研究小组与俄罗斯莫斯科大学Vladimir Braginsky研究团队合作发现，可以利用LIGO首次观测量子力学波动。他们提出了所谓的量子非破坏测量技术（quantum-nondemolition techniques）来寻找引力波。

 

2004年，索恩同此时在康奈尔大学工作的Saul Teukolsky （PhD '73）一道，分别成为加州理工Robinson 理论天体物理讲席教授和康奈尔的Hans A. Bethe天体物理讲席教授，索恩发起了SXS（Simulating eXtreme Spacetimes）项目，在超级计算机上模拟LIGO所检测到的引力波源。SXS模拟成为LIGO实验室首次观测到引力波信号的信息处理的关键支撑。

 

在其他方面，索恩还研究了黑洞的旋转速率。他在1974年推测出黑洞围绕恒星的轨道最大为广义相对论允许的0.998，从不会变快。他在1985年同圣巴巴拉加州大学的James Hartle （PhD '64）一道, 得出黑洞和其他有着超强引力天体的运动定律。他在1976年同当时加州理工博士后、现剑桥大学天文所的Anna Żytkow一道预言了中子星核的红超巨星的存在。他先后指导了52名物理博士生，其中许多人成为所在领域的佼佼者。

 

他1965年与人合著教材《引力理论和引力坍缩》，1973年出版《引力》，1986年出版《黑洞：膜范式》，2017年10月11日他还将出版教材《现代经典物理》，与Roger Blandford合著。他还在1994年独立出版了《黑洞和时间弯曲：爱因斯坦的惊人遗产》。

 

索恩是美国科学院院士，俄罗斯国家科学院院士，美国哲学学会会士，美国物理学会会士，美国艺术与科学学院院士。曾获得芝加哥大学、英国格拉斯哥大学、莫斯科国立大学、加泰罗尼亚理工大学、犹他州立大学、克莱蒙大学以及伊利诺伊学院等校的荣誉学位。

 

2016年，他和Drever以及Weiss一道获得科维理天体物理奖、邵逸夫天文学奖、Gruber基金会宇宙学奖以及基础物理特别突破奖。2017年同前LIGO实验室主任Barry C. Barish、Weiss以及整个LIGO科学合作团队（LSC）获得Asturias公主科技研究奖。和Weiss以及Barish共同获得2017年欧洲物理学会的Giuseppe and Vanna Cocconi奖以及2017年复旦大学的复旦-中植科学奖。此外，索恩还获得了美国物理学会的Lilienfeld奖，德国天文学会的 Karl Schwarzschild奖章以及联合国教科文组织的Niels Bohr金质奖章。

 

参考文献：

https://mediaassets.caltech.edu/documents/52-biography-thorne.pdf