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“尤文博士有些意外的重大發(fā)現(xiàn)開(kāi)啟了現(xiàn)代射電天文學(xué)；阿雷西博望遠(yuǎn)鏡這樣一個(gè)由雷達(dá)專(zhuān)家意外提出的偉大設(shè)備領(lǐng)先了世界半個(gè)世紀(jì)；它們所展現(xiàn)的宇宙探索的努力和精神，現(xiàn)在由克服意外困難的中國(guó)天眼繼承過(guò)來(lái)。我們希望繼承的不光是宇宙探索，同時(shí)也將更為正面和建設(shè)性的人類(lèi)發(fā)展藍(lán)圖和精神，拓展到21世紀(jì)?！?2月18日，國(guó)家天文臺(tái)FAST(中國(guó)天眼)首席科學(xué)家李菂在“《財(cái)經(jīng)》年會(huì)2023：預(yù)測(cè)與戰(zhàn)略”上表示。

(資料圖片)

李菂給我們介紹了推動(dòng)射電天文學(xué)領(lǐng)域不斷突破的“三次意外”：一是哈佛大學(xué)物理系的尤文博士意外的發(fā)現(xiàn)，開(kāi)啟了現(xiàn)代射電天文領(lǐng)域；二是由雷達(dá)專(zhuān)家意外提出并建設(shè)了領(lǐng)先世界半個(gè)世紀(jì)的偉大設(shè)備——阿雷西博望遠(yuǎn)鏡；三是通過(guò)中國(guó)天眼克服意外困難產(chǎn)生前沿成果，例如原創(chuàng)方法精確測(cè)量宇宙磁場(chǎng)、在快速射電暴(FRB)領(lǐng)域從追趕到引領(lǐng)等等。

三次“意外”的事件，推動(dòng)了現(xiàn)代射電天文學(xué)不斷突破，李菂希望中國(guó)天眼，不光要繼承前輩科學(xué)家們對(duì)深空和宇宙的不斷探索和努力，同時(shí)還要把人類(lèi)發(fā)展更為正面和建設(shè)性的藍(lán)圖與精神拓展到21世紀(jì)。

以下是部分發(fā)言實(shí)錄：

主持人：感謝楊院士的精彩發(fā)言，楊院士從基礎(chǔ)科學(xué)開(kāi)頭，最后講到了大家非常關(guān)注的卡脖子關(guān)鍵技術(shù)的突破問(wèn)題。同時(shí)，楊院士也提到了實(shí)驗(yàn)技術(shù)的變革，推動(dòng)了科學(xué)世界觀的不斷演進(jìn)，科學(xué)儀器對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、對(duì)科研的影響都是巨大的。他也提到了科學(xué)儀器、大科學(xué)裝置，我們還處在起步的階段，但中國(guó)有一個(gè)非常巨大的大科學(xué)裝置，就是中國(guó)天眼，在貴州的深山里，它是我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、世界最大、單口徑最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡，我們今天請(qǐng)到了國(guó)家天文臺(tái)首席科學(xué)家李菂老師，他的科研成果入選了2021年中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展，接下來(lái)期待李菂老師為我們帶來(lái)精彩的演講。

李菂：剛才唐老師講了微觀，楊老師講了宏觀，現(xiàn)在我們近一步進(jìn)入“宇觀”。我今天的題目叫“三次意外”。在“宇觀”這個(gè)方向，中國(guó)有領(lǐng)先世界的大科學(xué)裝置——中國(guó)天眼，從天眼的夜景可以看到，可見(jiàn)光是可以透過(guò)鏡面的。它的主要優(yōu)勢(shì)就是大，由我開(kāi)始使用的一個(gè)度量，這口500米的‘大鍋’裝米飯，全世界每個(gè)人都能分兩碗以上。

這樣一個(gè)射頻的設(shè)備，能夠透光就能透風(fēng)，也能透水，當(dāng)電磁波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于它布滿微小的孔洞時(shí)，就變成一個(gè)望遠(yuǎn)鏡。它工作的頻段在G赫茲，也是人類(lèi)無(wú)線電的通信頻段，也蘊(yùn)含了宇宙非常重要的信號(hào)，特別是宇宙物質(zhì)的主要組成成分，氫原子氣體。目前的宇宙觀由宇宙大爆炸啟始，之后膨脹，隨著密度下降能量轉(zhuǎn)化成物質(zhì)，物質(zhì)最簡(jiǎn)單的原子成分就是氫原子，進(jìn)一步演化形成了豐富多彩的宇宙。

原子氣體宇宙的第一次探測(cè)是1951年，由哈佛大學(xué)物理系的一個(gè)研究生尤文發(fā)現(xiàn)。他搭建了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的望遠(yuǎn)鏡，后端卻有世界上最領(lǐng)先的電子設(shè)備，測(cè)量到了氫原子的超精細(xì)結(jié)構(gòu)譜線，這一發(fā)現(xiàn)打開(kāi)了一系列的新的天文學(xué)領(lǐng)域，特別是射電天文學(xué)。

尤文探索天文屬于不務(wù)正業(yè)。他是物理系的學(xué)生，本職工作是同步加速器，卻受到荷蘭天文學(xué)家1945年發(fā)表文章的啟發(fā)。2001年，在美國(guó)國(guó)家射電天文臺(tái)召開(kāi)紀(jì)念此重大發(fā)現(xiàn)40周年的會(huì)上，我還見(jiàn)到尤文先生。他也回憶說(shuō)，當(dāng)時(shí)自己不知道提出這個(gè)原創(chuàng)想法的領(lǐng)先世界的科學(xué)家以及他的研究組正在非常積極的開(kāi)展這個(gè)實(shí)驗(yàn)。如果事先知道了，他根本不會(huì)嘗試。我每次回看這段歷史，都會(huì)震驚于一個(gè)細(xì)節(jié)：整個(gè)實(shí)驗(yàn)沒(méi)有國(guó)家經(jīng)費(fèi)。尤文的計(jì)算，從前端到后端，加起來(lái)是500美金，由其博士導(dǎo)師給系里寫(xiě)了一封信要錢(qián)，資助這個(gè)嘗試性的學(xué)生項(xiàng)目。

用這么少的錢(qián)做這么一個(gè)歷史性跨越的實(shí)驗(yàn)，非常大的得益于一個(gè)人：二戰(zhàn)期間美國(guó)國(guó)防科學(xué)的領(lǐng)導(dǎo)人，范內(nèi)瓦.布什(Vannevar Bush)，他主要領(lǐng)導(dǎo)了美國(guó)戰(zhàn)時(shí)研究組織(OSRD)，包括曼哈頓計(jì)劃的早期管理。美國(guó)科學(xué)研究局(OSRD)在MIT設(shè)置了一個(gè)無(wú)線電實(shí)驗(yàn)室，主要做雷達(dá)的研究，巔峰時(shí)期擁有15000人。到尤文做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，那個(gè)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)關(guān)門(mén)了，留下了大量的各種各樣非常先進(jìn)的軍用但過(guò)剩的元器件。這些元器件以白菜價(jià)賣(mài)給了尤文，使他在這個(gè)工業(yè)基礎(chǔ)上得以做出跨時(shí)代的重要發(fā)現(xiàn)。布什對(duì)于后世最深遠(yuǎn)的影響，應(yīng)該是他在二戰(zhàn)結(jié)束時(shí)羅斯?？偨y(tǒng)的一個(gè)戰(zhàn)略報(bào)告，即著名的“科學(xué)-無(wú)盡前沿”：明確了政府應(yīng)該支持基礎(chǔ)研究和人才建設(shè)，核心是推動(dòng)軍民融合(見(jiàn)美國(guó)自然科學(xué)基金網(wǎng)站公開(kāi)總結(jié))。

2018年早期，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金委員會(huì)(NSF)中國(guó)辦公室主任宋南希女士到中國(guó)天眼現(xiàn)場(chǎng)訪問(wèn)，送給我這本書(shū)。到了2018年下半年，由于眾所周知的原因，北京的NSF辦公室關(guān)閉了。我很希望在我的有生之年，不光看到這個(gè)辦公室重新開(kāi)啟，也能看到中國(guó)的自然科學(xué)基金的辦公室能開(kāi)到紐約去。

尤文的發(fā)現(xiàn)開(kāi)啟了現(xiàn)代的射電天文領(lǐng)域。但很快，橫空出世了一個(gè)真正數(shù)量級(jí)性能提高的設(shè)備：阿雷西博望遠(yuǎn)鏡。這一雷達(dá)專(zhuān)家Gordon的設(shè)想對(duì)于天文是個(gè)意外。他的計(jì)算要300米的天線去探測(cè)等離子層雷達(dá)回波。300米什么概念？當(dāng)時(shí)世界上天文的天線都在幾十米，很快有同事指出了計(jì)算中可能存在問(wèn)題，原初科學(xué)目標(biāo)很可能只需要30米。不過(guò)到了1958年底，美國(guó)新成立的先進(jìn)項(xiàng)目委員會(huì)(ARPA)，依然決定支持300米的這樣一個(gè)瘋狂、前瞻的想法。

這個(gè)驚人的歷史發(fā)展需要放到當(dāng)時(shí)的國(guó)際環(huán)境中去理解。1958年底，正是人類(lèi)偉大的空間競(jìng)賽，大國(guó)角力、冷戰(zhàn)的開(kāi)啟。蘇聯(lián)成功發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星震撼了美國(guó)人民的靈魂，美國(guó)的幸運(yùn)在于擁有錢(qián)學(xué)森創(chuàng)建的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)，在這個(gè)空間競(jìng)賽里迅速跟進(jìn)，并促使美國(guó)總統(tǒng)和國(guó)會(huì)在1958年中設(shè)立了航空航天局(NASA)。阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的誕生反映了西方長(zhǎng)期的冷戰(zhàn)戰(zhàn)略。1946年喬治-凱南著名的《長(zhǎng)電報(bào)》中總結(jié)“為了贏得冷戰(zhàn)，必須要規(guī)劃一個(gè)遠(yuǎn)比過(guò)去更為正面和有建設(shè)性的世界藍(lán)圖”。阿雷西博望遠(yuǎn)鏡是冷戰(zhàn)的直接后果，卻是這種正面藍(lán)圖精神的體現(xiàn)。

阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的橫空出世，引領(lǐng)了一個(gè)快速發(fā)展的現(xiàn)代科學(xué)前沿超過(guò)半個(gè)世紀(jì)，包括1993年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1996年中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)前輩、特別是南仁東先生為代表的天文學(xué)家第一次到西博望遠(yuǎn)鏡現(xiàn)場(chǎng)考察，提出了中國(guó)天眼的概念。90年代后期我在康奈爾大學(xué)求學(xué)，在阿雷西博接受了自己學(xué)術(shù)生涯早期的射電天文訓(xùn)練。2000年代初，我們利用阿雷西博望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)宇宙原子氫氣，有一個(gè)小發(fā)現(xiàn)，我命名為氫氣的窄線自吸收，英文簡(jiǎn)寫(xiě)HINSA。HINSA發(fā)表，我們及同行都意識(shí)到，其真正推動(dòng)射電天文學(xué)的潛力在于星際磁場(chǎng)的測(cè)量。

文章是2003年發(fā)表的，在這之后將近20年的時(shí)間里，這個(gè)實(shí)驗(yàn)意外的困難。我們及合作者和競(jìng)爭(zhēng)者的大量嘗試全部失敗?；仡^審視，應(yīng)該還是受設(shè)備的制約。阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的接收設(shè)備常常在鏡面上投出一個(gè)非常大的復(fù)雜陰影，反映了接收設(shè)備對(duì)來(lái)自宇宙的光線的遮擋。作為對(duì)比，中國(guó)天眼縮的接收設(shè)備產(chǎn)生的遮擋遠(yuǎn)為輕微，使得FAST的信號(hào)更加精細(xì)，也更加干凈。

去年，我們很幸運(yùn)的實(shí)現(xiàn)了用HINSA探針第一次測(cè)量其塞曼效應(yīng)，成果發(fā)表在2022年首期《自然》雜志封面文章。FAST這一探測(cè)揭示了微弱的星際磁場(chǎng)，強(qiáng)度約為地球磁場(chǎng)的十萬(wàn)分之一。這樣的“創(chuàng)新方法”(《自然》發(fā)表其資深編輯評(píng)述)所產(chǎn)生的“極為重要的觀測(cè)結(jié)果”(《自然》發(fā)表的領(lǐng)域權(quán)威短評(píng))，也得到國(guó)際同行的認(rèn)可，認(rèn)為它有潛在的“革命性”(《科學(xué)》引述同行專(zhuān)家)的意義。實(shí)際上，這一成果只是天眼從2020年正式運(yùn)行以來(lái)的豐富成果的一小部分。三年來(lái)，有來(lái)自將近30個(gè)國(guó)家的各個(gè)天文子領(lǐng)域的科學(xué)家將開(kāi)展近400個(gè)觀測(cè)項(xiàng)目，催生了超過(guò)150篇學(xué)術(shù)期刊論文，包括七篇《自然》，兩篇《科學(xué)》等重要的結(jié)果。

在一些新的前沿，我們已經(jīng)能夠慢慢從學(xué)習(xí)到引領(lǐng)。以宇宙中無(wú)線電頻段最劇烈的爆炸現(xiàn)象-快速射電暴(FRB)為例。在這個(gè)領(lǐng)域里，僅以《自然》、《科學(xué)》為高影響刊物的量綱，F(xiàn)AST產(chǎn)生的《自然》《科學(xué)》文章在全世界占比從0增長(zhǎng)到今年的70%以上。大意外里的一個(gè)小意外。

我希望能給大家留下一個(gè)印象：尤文博士意外的重大發(fā)現(xiàn)所開(kāi)啟的現(xiàn)代射電天文學(xué)的領(lǐng)域，由阿雷西博望遠(yuǎn)鏡這樣一個(gè)意外的由雷達(dá)專(zhuān)家提出的偉大設(shè)備引領(lǐng)了半個(gè)世紀(jì)。它們所展現(xiàn)的對(duì)于深空和宇宙探索的努力，現(xiàn)在由中國(guó)天眼繼承過(guò)來(lái)了。我們希望不光繼承的是對(duì)宇宙的探索，同時(shí)也是將代表人類(lèi)發(fā)展更為正面和建設(shè)性的藍(lán)圖及精神拓展到21世紀(jì)。謝謝各位！

由《財(cái)經(jīng)》雜志、、《財(cái)經(jīng)》智庫(kù)、財(cái)通匯聯(lián)合主辦的“《財(cái)經(jīng)》年會(huì)2023：預(yù)測(cè)與戰(zhàn)略”12月17日至18日在北京舉行，論壇主題“應(yīng)對(duì)發(fā)展挑戰(zhàn)提振復(fù)蘇信心”。