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夏俊卿:宇宙有約 非誠勿擾

2018-01-15 00:29謝更好
科學(xué)中國人 2017年11期
關(guān)鍵詞:費(fèi)米暗物質(zhì)宇宙

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2015年的夏天,中國原創(chuàng)科幻小說《三體》榮獲了有“科幻文學(xué)界諾貝爾獎”之稱的“雨果獎”,在國內(nèi)引起了極大的轟動。作者劉慈欣從宇宙的視角展開情節(jié),講述了地球文明在宇宙中的興衰歷程,從科學(xué)的角度審視人文,用人文的形式詮釋科學(xué),進(jìn)一步帶領(lǐng)讀者深入浩瀚深邃的宇宙中去認(rèn)知它的“尺寸”。

《三體》的大熱在民間掀起了一陣天體物理學(xué)的熱潮,書中的一些諸如“引力波”“暗物質(zhì)”“暗能量”“宇宙微波背景輻射”等宇宙學(xué)的專有名詞也引發(fā)了讀者們的極大興趣。

為此,當(dāng)記者把大眾對于天體物理的關(guān)心熱點拋給北京師范大學(xué)天文系的宇宙學(xué)專家夏俊卿,并詢問他的日??蒲泄ぷ魇欠褚蚕駮忻鑼懙哪菢映錆M懸念和浪漫色彩時,年輕的科學(xué)家連忙笑著擺起手來:“不不不,那都是文學(xué)作品中的創(chuàng)作手法,真實的宇宙學(xué)研究可沒有人們想象的那么浪漫。我們的日常工作必須要依靠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿?、科學(xué)的推測和枯燥的實驗,經(jīng)常為了解決一個問題或者編寫一段運(yùn)算程序,要連續(xù)長時間坐在電腦前,你想這個過程怎么會浪漫啊,簡直充滿了痛苦!不過呢——”夏俊卿頓了一下,話鋒一轉(zhuǎn),“如果得出來的結(jié)果能和開始預(yù)想的一致,那么這種感覺也是蠻爽的,這大概就是科研的樂趣吧,痛并快樂著!”

這個科學(xué)家有點“萌”

夏俊卿的辦公室位于北京師范大學(xué)校園內(nèi)京師學(xué)堂的四樓。方寸之間只放得下兩張椅子、一架書柜和一張工作臺,工作臺上一部臺式電腦、一部筆記本電腦,外加一臺打印機(jī),除此之外,別無他物,顯得簡單而充實,這和我們想象中的宇宙學(xué)家充滿神秘感的辦公室有著不小的出入。

透過這間小辦公室的玻璃窗望出去,是綠草茵茵的北師大校園,年輕的學(xué)子們抱著書本匆匆地走過。極目遠(yuǎn)眺是夏俊卿在平常工作勞累時最常采取的休息方式。34歲的他有著一張娃娃臉,配上一副精致的金絲眼鏡,靦腆起來就像個鄰家大男孩,用時下的流行詞來形容就是有點“萌”。他說起話來語速很快,風(fēng)趣幽默,充滿了活力,完全是典型80后的性格,這也與大家平常印象中科學(xué)家嚴(yán)肅刻板的形象一點都不沾邊。如果你在學(xué)生穿梭的校園內(nèi)和他擦肩而過,甚至很難想到眼前的這位年輕人是一位“教授級”的人物。

夏俊卿在2012年作為“國家青年千人計劃”的第三批成員回國時還不到30歲,他當(dāng)時創(chuàng)造了一個紀(jì)錄:成為了中科院高能所歷史上最年輕的研究員。

別看他年紀(jì)輕輕,但是在宇宙學(xué)領(lǐng)域的研究可以算是“老”資格了,十幾年的時間里在暗能量、宇宙微波背景輻射、宇宙學(xué)參數(shù)、暴漲模型等理論模型分析和試驗數(shù)據(jù)處理方面取得了一系列的成績。

尤其是最近兩年,夏俊卿忙得有些“不可開交”。先是從2011年就開始的美國費(fèi)米高能伽馬射線衛(wèi)星的實驗數(shù)據(jù)分析經(jīng)過幾年來數(shù)據(jù)量的累計和更新,取得了突破性的進(jìn)展,在2015年接連發(fā)表了3篇頗具分量的學(xué)術(shù)文章。由于之前利用費(fèi)米實驗數(shù)據(jù)應(yīng)用到宇宙學(xué)領(lǐng)域一直是個空白,所以夏俊卿的研究實際上是為該領(lǐng)域打開了一條全新的思路,這3篇文章的面世也讓一向低調(diào)的夏俊卿成為了行業(yè)內(nèi)的焦點。

另外,在工作角色上,他也完成了一個全新的轉(zhuǎn)變,受北京師范大學(xué)天文系的原系主任朱宗宏教授誠意相邀,夏俊卿在2015年秋天來到北師大執(zhí)教,開啟了全新的教學(xué)生涯。從單純的科研人員到承擔(dān)“傳道授業(yè)解惑”的導(dǎo)師,夏俊卿也深深感到了肩上新增的重任。

科研和教學(xué)工作讓夏俊卿忙碌得團(tuán)團(tuán)轉(zhuǎn),同時也讓年輕的科學(xué)家更加成熟起來。在繁忙面前,夏俊卿沒有慌亂,而是井井有條地安排著自己的事情。

當(dāng)被問及科研機(jī)構(gòu)和高校之間有什么區(qū)別時,夏俊卿用手指了指這間不大的辦公室:“我的日?;竟ぷ骶褪菍χ娔X做研究、推公式、編程序……在我看來,地點的變化并沒什么太大區(qū)別,無論是在中科院還是在北師大,無論是在國外還是在國內(nèi),關(guān)上辦公室的門其實都是一樣的。但是,打開辦公室的門那種感覺就很不同了……”夏俊卿坦承自己身上多多少少有些“校園情結(jié)”,這和家庭影響不無關(guān)系,他的家人都是教師,這讓夏俊卿也偏愛上了在校園里的那種氛圍?!巴崎_門都是年輕人,讓人感覺特別有朝氣。當(dāng)然還有一個原因——就是學(xué)校里面有更多的食堂可以選擇,不愁沒有好吃的!”夏俊卿又展現(xiàn)出一個80后的萌態(tài),說完這話他自己先哈哈大笑起來。

走出去呼吸“新鮮空氣”

其實,高校和科研院所最大的不同自然是繁重的教學(xué)任務(wù)。談到對學(xué)生的培養(yǎng),夏俊卿又恢復(fù)了嚴(yán)肅的神情。“我不算是個嚴(yán)厲的老師,應(yīng)該算是個‘開導(dǎo)型導(dǎo)師吧”,他為自己的身份定了這么一個標(biāo)簽,“因為我也才畢業(yè)10年而已,在很多事情上感同身受,能夠理解他們,所以我會用我的親身經(jīng)歷來和他們溝通,給予他們解決問題的建議?!?/p>

夏俊卿的學(xué)生基本都是90后,在他眼里,這些孩子們的個性都很強(qiáng),不好管理。他希望能夠因材施教,激發(fā)出他們的興趣,找出他們的特長,加以培養(yǎng),讓他們能在這條科研路上順利走下去。

“每個學(xué)生的科研水平可能有高下之分,但我希望在我的培養(yǎng)下,他們的個人能力上能有所提高,比如在獨立思考、團(tuán)隊合作、與人交流以及寫文章等諸多方面?!毕目∏錇榱颂岣邔W(xué)生們的視野和見識,會提供很多參加各種會議交流和做報告的機(jī)會,讓他們接受鍛煉,還會動用自己的人脈積極聯(lián)系去國外學(xué)習(xí)和交流的機(jī)會,讓學(xué)生們勇敢的走出去,去呼吸到更多的“新鮮空氣”。

“去國外交流對于開拓眼界是一件好事,也是青年人成長路上非常重要的一環(huán)。尤其是國外的科研氛圍更濃更開放,會讓你的思維更加活躍?!碑?dāng)年,夏俊卿就是為了這一目的,在高能物理所獲得博士學(xué)位之后選擇了前往意大利國際高等研究院做博士后。

意大利是傳統(tǒng)的天文學(xué)強(qiáng)國,在國內(nèi)的時候,夏俊卿是以理論研究為主,而到了意大利之后,開始接觸跟數(shù)據(jù)分析相關(guān)的工作,工作重心也轉(zhuǎn)向?qū)嶒灁?shù)據(jù)分析。這大大拓寬了夏俊卿的科研方向,在科研氛圍更加濃厚,思維更加活躍的國際團(tuán)隊里,工作更加多元化,這也讓年輕的夏俊卿如魚得水,開啟了一段全新的航程。

夏俊卿留學(xué)所在的城市叫的里雅斯特,是歐空局的普朗克探測計劃的兩個數(shù)據(jù)處理點之一。夏俊卿在實驗中作為主要負(fù)責(zé)人之一參加了探測“積分的薩克斯—沃夫效應(yīng)”的工作,這是普朗克實驗項目的主要科學(xué)目標(biāo)之一。

在研究工作中,利用普朗克衛(wèi)星觀測到的全天空溫度漲落各向異性圖像和各類宇宙大尺度結(jié)構(gòu)巡天實驗結(jié)果,詳細(xì)全面地分析了觀測數(shù)據(jù)之間的互關(guān)聯(lián)性質(zhì),進(jìn)而深入探測宇宙微波背景輻射的重要引力次級效應(yīng)之一的宇宙晚期積分的薩克斯—沃夫效應(yīng)。

其實,的里雅斯特還是意大利和斯洛文尼亞交界的港口城市,是充滿活力的文化和藝術(shù)之都,但夏俊卿并沒有像其他年輕人那樣泡在咖啡館里或者流連在海邊,也沒有時間去聽一幕歌劇或者看一場有“小世界杯”之稱的意大利足球比賽。他把勤奮和謙遜帶到了亞平寧半島,一頭扎進(jìn)了團(tuán)隊的實驗室內(nèi),爭分奪秒地努力著,基本上每天絕大部分時間都泡在里面做研究。

夏俊卿這種做事投入、迅速而且準(zhǔn)確的科研性格和當(dāng)時合作的國際團(tuán)隊非常匹配,所以合作起來非常愉快。正應(yīng)了中國的那句老話,一分耕耘,一分收獲。在這4年的日日夜夜里,20多篇高水平的論文相繼面世,得到廣泛的認(rèn)可,夏俊卿也躋身于國際研究的前沿行列,同時也以他的表現(xiàn)贏得了世界對于中國科研工作者的尊重。

用數(shù)據(jù)力量推開宇宙的一扇窗

夏俊卿向記者介紹,早期的宇宙學(xué)很多時候純粹是通過理論假設(shè)推導(dǎo)而來的。但是隨著斯隆數(shù)字化巡天觀測和普朗克探測器等一系列大型高精度的探測實驗出現(xiàn),很大程度上提升了觀測精度,從而步入到了精確宇宙學(xué)的時代。因此,今天的宇宙學(xué)在很大程度上是依賴于實驗以及對于數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)分析,無論怎樣的宇宙學(xué)理論都不能去憑空任意發(fā)揮了。脫離了觀測和分析的宇宙學(xué)理論,僅僅停留于猜測而已,它最終必須與觀測結(jié)果相吻合才行!

夏俊卿在意大利學(xué)習(xí)了很多和數(shù)據(jù)分析相關(guān)的工作,開始以實驗數(shù)據(jù)分析為主?!皵?shù)據(jù)本身并不是放在那里等著我們想抓就能去抓到的”,夏俊卿向記者解釋著數(shù)據(jù)分析工作的復(fù)雜性,“實驗數(shù)據(jù)從來都不是‘干凈的,有用的數(shù)據(jù)往往只有一點點,而把不需要的數(shù)據(jù)處理掉,留下想要的,需要一個枯燥而漫長的過程。”

2011年,夏俊卿和費(fèi)米高能伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡的成員合作,在國際上首次整合出可以用于宇宙學(xué)研究的全天空費(fèi)米高能伽馬射線流強(qiáng)分布圖像,并詳細(xì)完整地考慮了費(fèi)米實驗數(shù)據(jù)的自相關(guān)功率譜、它與宇宙微波背景輻射實驗以及其他大尺度結(jié)構(gòu)巡天實驗之間的互關(guān)聯(lián)性質(zhì),尋找積分的薩克斯—沃夫效應(yīng)存在的信號。

除此之外,夏俊卿和合作者還通過費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡的全天空的高能伽馬射線的分布情況,對河外彌撒的伽馬射線背景輻射進(jìn)行了全新的研究,并且利用這一研究結(jié)果來從全新的角度研究暗物質(zhì)粒子的性質(zhì),因為河外彌撒的伽馬射線背景輻射的一個重要的可能來源就是暗物質(zhì)湮滅或衰變所輻射的高能伽馬光子。

利用費(fèi)米衛(wèi)星和大尺度結(jié)構(gòu)實驗數(shù)據(jù)之間的互關(guān)聯(lián)性質(zhì),夏俊卿進(jìn)行仔細(xì)的分析擬合,來研究暗物質(zhì)粒子的性質(zhì),限制暗物質(zhì)粒子的質(zhì)量、湮滅截面或衰變壽命等。相比其他利用費(fèi)米衛(wèi)星數(shù)據(jù)對于暗物質(zhì)粒子性質(zhì)的研究方法,該方法對于暗物質(zhì)粒子性質(zhì)的限制精度上要明顯高出至少一個量級,主要原因是這種全新的互關(guān)聯(lián)分析方法可以有效剔除實驗數(shù)據(jù)中的部分系統(tǒng)誤差的影響。

在夏俊卿之前,國際上還沒有人把費(fèi)米實驗數(shù)據(jù)分析直接運(yùn)用到宇宙學(xué)相關(guān)的領(lǐng)域,所以他實際上沒有可借鑒的內(nèi)容,幾乎是一項“前無古人”的探索,要從零開始一路摸索。“前期花了很長時間做準(zhǔn)備工作,需要特別嚴(yán)謹(jǐn),總怕出現(xiàn)‘差之毫厘,謬以千里的情況。”夏俊卿介紹道。但之后隨著數(shù)據(jù)量的增加和更新,工作取得了突破性的進(jìn)展和成績,就連國際上的眾多學(xué)者也開始利用夏俊卿的這一工作研究結(jié)果為基礎(chǔ)開展進(jìn)一步的宇宙學(xué)研究。

赴未來的一場宇宙之約

愛因斯坦曾經(jīng)說過一句名言:“宇宙中最不能理解的是,宇宙是可以理解的?!遍L久以來,人類從沒有放棄過對于宇宙的探索。這種認(rèn)知是一個不斷研究和發(fā)展的過程,從最初的“天圓地方說”到“地心說”“日心說”,再到后來科學(xué)家又提出了宇宙大爆炸理論以及對原初引力波的探測,人類對宇宙的認(rèn)識正在一步一步地向前推進(jìn)。

由于學(xué)科建設(shè)和發(fā)展的歷史原因,我國的宇宙學(xué)研究與國外相比起來,進(jìn)度上已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后,沒有自己的實驗技術(shù),很多研究數(shù)據(jù)要處處受制于人。尤其對于宇宙微波背景輻射這個極重要的分支,在夏俊卿回國之前可以說基本上處于空白的尷尬境地。

然而這些困境在夏俊卿眼中反而是一種激勵:“國家已經(jīng)越來越重視宇宙學(xué)領(lǐng)域的研究,政策和資金方面投入很大,雖然在宇宙微波背景輻射的研究方面,我們的基礎(chǔ)還是非常薄弱。但我們正在努力迎頭趕上國際先進(jìn)水平,這還需要一點時間去培養(yǎng)和積累。我們要做的不僅僅是跟隨,還要有屬于自己的創(chuàng)新!”在夏俊卿看來,宇宙學(xué)的發(fā)現(xiàn)意義重大,必須要抓住每一個機(jī)遇,才能保證中國在此方面不落后,這也是他憋著一口氣回國來發(fā)展的重要原因。

據(jù)夏俊卿預(yù)測,在未來的5?10年間,宇宙學(xué)的研究會有一個非常大的發(fā)展,這將是非常重要的時間節(jié)點,他希望能夠全面展開宇宙學(xué)理論及實驗相關(guān)科學(xué)的研究,讓宇宙學(xué)和宇宙微波背景輻射研究真正在國內(nèi)扎根。中國作為一個科技大國,這個領(lǐng)域的研究不能永遠(yuǎn)是空白,應(yīng)該抓住這個機(jī)遇,做出相應(yīng)的突破。

同時,對于學(xué)生的培養(yǎng),夏俊卿非常地看重?!拔覈壳霸谟钪鎸W(xué)領(lǐng)域大多以跟蹤研究和填補(bǔ)空白為主,如果想開創(chuàng)出一個全新的局面,光靠一個夏俊卿是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,我們要培養(yǎng)出成百上千個宇宙學(xué)領(lǐng)域的青年才俊來才行?!痹谙目∏湫闹校蛯W(xué)生們的關(guān)系不僅僅是師生,更是合作伙伴,是未來路上讓中國宇宙學(xué)研究趕超世界水平的親密戰(zhàn)友。

夏俊卿開玩笑地說:“做科研就像談一場戀愛,要全身心的付出你所有的時間、精力還有感情。投入其中,你就不會覺得枯燥,不會覺得辛苦。”

夏俊卿坦言,即使有壓力,也不是來自于出成果,而是出“好”的成果,出“新”的成果。他表示,要做就做最好,要做就做創(chuàng)新。對他來說,探索天體物理的未知奧秘,就像赴一場浩瀚深邃的宇宙之約,這一條路上,困難重重,非誠勿擾,但他已做好了全部準(zhǔn)備。

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