人民政協(xié)報(bào)記者 呂巍
每一位父母，都難忘聽到孩子第一聲啼哭時(shí)的感動(dòng)。
如何可以聽到宇宙的第一聲啼哭呢？
美國激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）在2016年2月11日宣布成功探測到由雙黑洞并合產(chǎn)生的引力波，并毫無懸念地捧走諾貝爾獎(jiǎng)之后，宇宙暴脹時(shí)期誕生的原初引力波成為了下一個(gè)追逐的焦點(diǎn)。
如果說引力波的發(fā)現(xiàn)，完成了愛因斯坦廣義相對論的最后一塊拼圖，那么原初引力波作為“宇宙的初啼”，則能幫我們檢驗(yàn)各種宇宙起源和演化模型，從而改變?nèi)祟悓τ钪娴恼J(rèn)知，開啟天體物理學(xué)的一個(gè)全新時(shí)代。
“引力波，我們錯(cuò)過一次就夠了！”全國政協(xié)委員、中國科學(xué)院高能物理所研究員張新民說。
為了138億年前的那聲宇宙低語，以張新民為代表的科學(xué)家們忙碌在西藏阿里海拔5250米的高原上，站在世界屋脊聆聽宇宙的初啼。
“這會(huì)成為中國科學(xué)的典范，一個(gè)非常漂亮的典范。中國利用西藏這樣一個(gè)獨(dú)特的地理?xiàng)l件，建造一臺(tái)國際共享的設(shè)備。全世界都應(yīng)該知道中國在做這樣的事?！币?qū)IGO探測到引力波作出重大貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾獎(jiǎng)的雷納·韋斯如是說。
用最高的望遠(yuǎn)鏡找尋最早的印記
記者：我們的宇宙已經(jīng)138億歲了。138億年前發(fā)出的一個(gè)聲音，今天我們想去探聽到它，聽著就是一件非常具有挑戰(zhàn)性的事情。可以用最科普的語言給我們介紹一下原初引力波嗎？
張新民：形象地說，原初引力波就是宇宙在誕生的時(shí)候突然喊了一聲，這個(gè)聲音一直消之不去，就像人們在大山里發(fā)出聲音，回聲一直在山谷中間回蕩一樣。宇宙的第一聲啼哭也會(huì)形成一個(gè)背景的聲音，一直在宇宙中存在。
隨著宇宙的演化不斷紅移，宇宙初啼的信號(hào)到了今天，已經(jīng)變得非常微弱，因此我們要用一種全新的探測手段，到宇宙中尋找一種古老的化石。這種古老的化石在空間中有一種特殊的分布，這個(gè)分布可能是由原初引力波造成的。只要能精確地測量化石在宇宙中的分布，就可以尋找原初引力波的蛛絲馬跡。
這種神秘的化石就是宇宙微波背景輻射光子，我們稱之為CMB光子，其中的B模式偏振就是原初引力波在宇宙微波背景輻射中留下可探測的印跡，而探測B模式偏振就是阿里計(jì)劃追尋的目標(biāo)。
記者：您剛才提到的全新的探測手段，指的是在高海拔地區(qū)建立觀測站嗎？
張新民：不同的引力波源產(chǎn)生的引力波頻段不同，最佳探測手段也不同。
探測原初引力波，尋找合適的觀測點(diǎn)非常重要?，F(xiàn)在專家們的意見是，全球只有4個(gè)地方適合進(jìn)行CMB（宇宙微波背景輻射）探測：位于南半球的智利阿塔卡瑪沙漠、南極，以及位于北半球的格陵蘭島和我國西藏阿里。阿里觀測站地處海拔5000米以上的青藏高原地區(qū)，地理環(huán)境優(yōu)勢、觀測氣象條件與配套基礎(chǔ)設(shè)施都具有很大優(yōu)勢。
有一流基地才會(huì)有機(jī)會(huì)
記者：阿里計(jì)劃目前的進(jìn)展如何？我國還有其他探測引力波的設(shè)備或方式嗎？
張新民：阿里原初引力波觀測計(jì)劃是2014年提出的，2016年得到中科院、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)等單位的資助并正式啟動(dòng)。2017年3月臺(tái)址基建動(dòng)工，2018年11月竣工并通過驗(yàn)收。目前，項(xiàng)目進(jìn)展順利，一期觀測倉已完工，預(yù)計(jì)2020年冬季便能開始觀測。
關(guān)于引力波的探測，我國一直是“天地兩路并進(jìn)”：天上的指的是太空探測引力波，包括中科院提出的“太極計(jì)劃”和由中山大學(xué)領(lǐng)銜的“天琴計(jì)劃”；地面探測引力波，則包括中科院高能物理研究所主導(dǎo)的“阿里計(jì)劃”探測原初引力波和國家天文臺(tái)主持的貴州的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡FAST項(xiàng)目，也就是“天眼”。
記者：您曾經(jīng)表示，錯(cuò)過了引力波，我們不能再錯(cuò)過探測原初引力波的重要窗口。但據(jù)我了解，無論在地面還是空間，中國的引力波探測項(xiàng)目均起步較晚，中國還有拔得頭籌的時(shí)間嗎？
張新民：的確，我們的探測項(xiàng)目起步較晚，但具有獨(dú)特地理優(yōu)勢的阿里為我們的研究開辟了一個(gè)新的窗口。
2017年諾獎(jiǎng)得主、LIGO引力波探測功勛人物索恩曾經(jīng)預(yù)測，人類將在未來5至10年內(nèi)探測到原初引力波。這意味著，如果這臺(tái)北半球唯一、全球海拔最高的CMB觀測望遠(yuǎn)鏡如期建成，就能抓住歷史的時(shí)間窗。過去我們在引力波、宇宙學(xué)研究領(lǐng)域沒有與大國地位相稱的原創(chuàng)成果，主要就是因?yàn)榍啡毕鄳?yīng)的研究基地和實(shí)驗(yàn)觀測設(shè)備。
記者：在您看來，原初引力波實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能否迅速展開，以阿里觀測站為代表的基地和設(shè)備是重要依托？
張新民：不僅是原初引力波的觀測，高能物理、天文學(xué)、宇宙學(xué)的研究，沒有觀測設(shè)備就是“無米之炊”。
不知道您是否有聽說，除了世界上最高的望遠(yuǎn)鏡，中國還有一個(gè)具有獨(dú)特地理優(yōu)勢的科研基地——錦屏地下實(shí)驗(yàn)室。這是世界上最深的地下實(shí)驗(yàn)室，它利用了為水電站修建的錦屏山隧道，其垂直巖石覆蓋達(dá)2400米。目前，來自上海交通大學(xué)和清華大學(xué)的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)，正在其中開展暗物質(zhì)粒子實(shí)驗(yàn)。
這兩個(gè)基地，聚焦的都是國際競爭激烈的基礎(chǔ)物理前沿領(lǐng)域。與引力波一樣，各國在暗物質(zhì)暗能量領(lǐng)域也正在開展“天上地下”的競爭。暗物質(zhì)和暗能量構(gòu)成了宇宙的95%，我們已知的可見宇宙物質(zhì)則只有5%。面對這樣宏大的課題，沒有一流的基地，原創(chuàng)研究就沒有持續(xù)性保障。
當(dāng)然，必須要承認(rèn)，基礎(chǔ)研究特別是觀測和實(shí)驗(yàn)方面的研究，是對自然界基本規(guī)律的探索，可能會(huì)成功，也可能會(huì)失敗。但是，只有有了一流的研究基地和設(shè)施，才有取得重大成果的機(jī)會(huì)。
原初引力波將帶來的改變你無法想象
記者：觀測方面的研究，可能會(huì)成功，也可能會(huì)失敗。那是否意味著，如果阿里計(jì)劃最后沒有探測到原初引力波，之前的所有投入將“打水漂”？
張新民：不能這么簡單理解。這是基礎(chǔ)研究的規(guī)律，也是科學(xué)探索的規(guī)律。2016年，因?qū)IGO探測到引力波作出重大貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾獎(jiǎng)的巴里什也坦言，LIGO當(dāng)時(shí)是個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)性項(xiàng)目，他們也不能打包票一定能探測到什么。
我認(rèn)為，在科學(xué)上，欲成大事，必冒風(fēng)險(xiǎn)。
記者：您把探測引力波稱為“大事”，“大”在哪里？引力波到底有什么用？
張新民：從技術(shù)層面上看，探測到它，就可以檢驗(yàn)愛因斯坦引力理論，驗(yàn)證宇宙起源和演化模型，如暴脹、反彈、循環(huán)等。一方面有利于研究早期宇宙動(dòng)力學(xué)過程，另一方面也有助于推進(jìn)人們對量子引力這些基本物理問題的理解。
更重要的是，它開啟了一個(gè)新的時(shí)代，使粒子物理、天體物理和宇宙學(xué)家們能夠利用一種全新的手段去探索宇宙創(chuàng)生和演化的奧妙。如果說，電磁波讓人類“看”得更遠(yuǎn)，那么引力波將使人類聽到來自宇宙深處的低語。我們已經(jīng)有了眼睛，再生出兩個(gè)耳朵，就可以聽到更多來自宇宙深處的信號(hào)，可以更好地探究我們的世界。
雖然最新報(bào)道稱中國在發(fā)表論文數(shù)超過了美國，但重大原創(chuàng)成果缺乏，在國際上的影響力與我們這樣一個(gè)大國應(yīng)有的地位極其不相稱。我們需要像引力波探測這類大型科學(xué)裝置的研究項(xiàng)目來提升我國在科技領(lǐng)域的國際影響力。
記者：對百姓生活方面呢？是否會(huì)帶來改變？
張新民：在短時(shí)期內(nèi)，引力波本身對人類的生活可能沒什么影響。但是由于引力波信號(hào)非常弱，探測引力波需要非常靈敏的儀器以及控制極低的噪聲，這些“附加”的技術(shù)，比如激光、減震、數(shù)據(jù)處理等卻可以用于人類的生活。而在更遠(yuǎn)的將來，引力波為人類所用也是極有可能的。
沒有電磁波，就不可能有今日的手機(jī)通話。若干年后，引力波或許也會(huì)像電磁波一樣深入日常生活，電磁波技術(shù)的源頭一直由西方發(fā)達(dá)國家統(tǒng)治著。如今，我們不能再失掉引力波研究的機(jī)遇了。
記者：您所研究的領(lǐng)域是社會(huì)普遍了解較少的“冷點(diǎn)”項(xiàng)目，您覺得有沒有讓百姓了解國家重大工程項(xiàng)目的必要？作為政協(xié)委員，您已經(jīng)做了或者將為此做哪些工作？
張新民：讓百姓具體了解什么是宇宙微波背景輻射，什么是原初引力波意義不大，這本來就是科學(xué)家們的專業(yè)領(lǐng)域，讓科學(xué)家們潛心研究就好了。但對于我們?yōu)槭裁匆鲞@些基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，這些研究將會(huì)給我們的生活、我們的國家、我們的未來帶來哪些變化卻是應(yīng)該讓百姓們了解和知道的。這樣才能讓全社會(huì)來理解和支持基礎(chǔ)研究，來推動(dòng)科學(xué)的不斷發(fā)展。
作為政協(xié)委員，我每年兩會(huì)都會(huì)提交與基礎(chǔ)研究相關(guān)的提案，和科技界別的其他委員一起呼吁國家加大支持基礎(chǔ)研究的力度。我相信，借助政協(xié)的平臺(tái)，發(fā)揮政協(xié)委員聯(lián)系面廣、智力密集的特點(diǎn)，一定會(huì)在全社會(huì)凝聚起重視基礎(chǔ)研究的共識(shí)，為促進(jìn)我國科技的全面發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
編輯：付振強(qiáng)
