约瑟夫·泰勒

1968 年 2 月，《自然》宣布发现了一种怪异的、快速脉动的射电源。约瑟夫·泰勒一个月前刚在哈佛拿到博士学位，正想找个有意思的新课题，当天就和同事写好了观测申请。二十五年后，他在斯德哥尔摩讲的还是这种星——只不过他已经把其中一颗变成了人类手里最精确的引力实验。

约瑟夫·泰勒做的事说起来很朴素：给一颗脉冲星计时，一年又一年，精确到微秒。可正是这份耐心，让广义相对论最难验证的一条预言——引力波——第一次有了实测的证据。

贵格会农场与屋顶上的天线

泰勒 1941 年生于费城，七岁时全家搬回新泽西州辛纳明森镇的祖父农场，在特拉华河东岸和一群兄弟姐妹、表亲一起长大。埃文斯家与泰勒家都是可以追溯到威廉·佩恩时代的贵格会家族；他说父母是「二十世纪版的贵格会简朴」的活样板，家里那栋大房子从没锁过门。

他和哥哥哈尔把农舍三楼塞满了自制的业余无线电收发信机，材料多半是战后剩余物资和报废电视机。他们在屋顶上高高架起一副又一副旋转天线，有一次直接把砖烟囱齐着屋顶切了下来。他后来总结出两条经验：需要高压时，电力公司的 6000 伏转 120 伏变压器反着接非常好用；大多数放大器都会自激振荡，尤其是在你不希望它振的时候。

从数学到射电天文

中学时他的第一爱好是数学，化学和物理课没怎么打动他，倒让他有更多时间踢足球、打篮球和网球。在哈弗福德学院读到高年级，一个物理荣誉项目让他把射频电子学的手艺和科学探究结合起来：自己造一台能用的射电望远镜。他坦白说那算不上研究——所做的一切别人多年前都做过——但它让他找到了读研究生的方向。

在哈佛，他跟着射电天文学家艾伦·马克斯韦尔（Alan Maxwell）做论文。布雷斯韦尔 1965 年出版的《傅里叶变换及其应用》恰好及时，给了他分析论文数据的关键思路，也为他后来处理脉冲星信号打下了底子。

为脉冲星写搜寻算法

1968 年春天，他和哈佛同事用国家射电天文台的 92 米望远镜观测了剑桥小组当时发现的全部四颗脉冲星。脉冲星的信号很弱，但有两个独特的特征：周期性，以及星际色散让窄脉冲在频率上从高往低「扫」。他据此设计了一套计算机算法，从噪声里认出这种周期性的色散信号，6 月就用它找到了第五颗已知的脉冲星。此后他又设计了一套高效的消色散算法，把搜寻扩展到周期与色散量两个维度——到 1993 年，已知的近 600 颗脉冲星大多是靠这一路计算机搜寻找到的。

1969 年 9 月，他到麻省大学阿默斯特分校任教，和同事一起建了一台专门观测脉冲星的大型廉价射电望远镜。到 1972 年，他把大量时间花在给已知脉冲星精确计时上，并筹划一次大规模巡天。他当时写下的动机之一是：「哪怕只找到一颗处在双星系统里的脉冲星也好，测出它的参数就能得到脉冲星的质量，这是一个极其重要的数。」

一个电话

执行这次巡天的是他的研究生拉塞尔·赫尔斯。1974 年 9 月，赫尔斯从阿雷西博借天文台的短波电台接通康奈尔、再转成电话，告诉他 PSR 1913+16 在一个约 8 小时的双星轨道里。泰勒很快带着一台硬件消色散器飞了过去。

两人立刻意识到这颗星的分量。它的轨道小、速度快，相对论效应比太阳系里大几个数量级，而它自己就是一台稳定的钟。在发现论文里他们已经写下：近星点进动大约每年 4 度，很快就能测到；把几个相对论效应合起来，还能把两颗星的质量都称出来。

计时

此后的工作是计时：把每一个脉冲的到达时刻与天文台的原子钟比较，扣掉地球的自转与公转、星际色散、太阳系引力场造成的延迟，再用一个包含全部轨道参数的模型去拟合成千上万个到达时刻。要让模型从 1974 年的第一个脉冲一路「数」到今天的每一个脉冲都不数错一个，任何一个参数稍有偏差，残差就会爆炸——这也是这套方法可靠的原因。

近星点进动一年多就测到了（1976 年发表），约每年 4.2 度，给出两星总质量约 2.8 倍太阳质量。随后又测到引力红移与时间膨胀合起来的效应。两个效应一起，就把两颗星的质量分别定了下来：都在 1.4 倍太阳质量上下，伴星几乎肯定也是一颗中子星。

有了两颗星的质量，广义相对论对轨道衰减的预言就没有任何可调参数了。1978 年 12 月，在慕尼黑的第九届得克萨斯相对论天体物理会议上，泰勒宣布：轨道周期正在缩短，速率与引力辐射的预言相符。这份结果 1979 年初刊登在《自然》上；1982 年他与合作者乔尔·韦斯伯格用更长的数据再做了一遍，吻合得更加牢靠。

越来越准

1980 年泰勒转到普林斯顿，计时一直没停。随着数据累积，近星点到达时刻相对「周期不变」的预期提前得越来越多，画出来是一条漂亮的向下弯的抛物线，数据点全部落在广义相对论的曲线上。到 1993 年诺贝尔演讲时，观测与预言的吻合已经优于 0.4%。

他在演讲里把结论说得很直白：这个实验直接证明了引力的变化以光速传播，从而在绕转系统中造成耗散；由此必然推出引力辐射存在，并且是四极性质的。他也说，自己并不认为广义相对论就是关于引力的最后一句话——它毕竟不是量子理论——但任何正确的引力理论，在广阔的经典情形下都必须和它给出几乎一样的预言。

普林斯顿与 K1JT

在普林斯顿，他是詹姆斯·麦克唐奈讲席教授，1997 到 2003 年出任第 13 任教务长。他和学生们继续用阿雷西博给更多脉冲星计时，其中包括沃尔兹森 1990 年发现的另一对双中子星 PSR 1534+12。

少年时的业余无线电，他一辈子没放下，2006 年退休后更成了主业。他的呼号是 K1JT。早在 2001 年他就发布了弱信号通信软件 WSJT，最初是为了在噪声里收听经月面反射或流星余迹传回的微弱信号——和从噪声里捞出脉冲星是同一门手艺。2017 年 7 月，他与史蒂夫·弗兰克（K9AN）推出的 FT8 模式随 WSJT-X 1.8 发布，很快成为全世界业余电台最常用的数字通信方式之一。

回顾自己的道路，他说他一向更看重「亲自投入一个困难的任务」，而不是诉诸名望或权威；他相信在重要的事情上人大多是自学的，只是这种自学会被合作的人际关系大大加强。