歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)視覺(jué)中國(guó)供圖（資料圖片）

　　盡管證實(shí)引力波的消息已經(jīng)公布兩周，但面對(duì)這個(gè)世紀(jì)科學(xué)成果，人類社會(huì)所表現(xiàn)出的興奮和熱情并未因時(shí)間的流逝而有絲毫的消退，不管是科學(xué)的、非科學(xué)的，稍能和引力波沾上點(diǎn)邊的話題不約而同紛至沓來(lái)。科學(xué)家也趁著這波熱潮，把自家的研究曬出來(lái)做起科普，以期贏得公眾的認(rèn)可和理解。

　　事實(shí)上，早在3年前，中國(guó)科學(xué)家就曾預(yù)言過(guò)引力波近期將被發(fā)現(xiàn)：“今后10年，引力波實(shí)驗(yàn)有可能取得突破性進(jìn)展，引力波天文臺(tái)有可能率先探測(cè)到來(lái)自雙中子星系統(tǒng)的引力波。”這句話收錄在中科院2013年出版的一份名為《科技發(fā)展新態(tài)勢(shì)與面向2020年的戰(zhàn)略選擇》（以下稱2020報(bào)告）的報(bào)告之中。

　　這份報(bào)告的編寫(xiě)組成員之一，中國(guó)科學(xué)院高能物理所研究員張雙南從2008年開(kāi)始參與中國(guó)引力波研究計(jì)劃，他說(shuō)，引力波早已成了他過(guò)去8年里頻頻“接觸”的研究對(duì)象。2月16日，中科院正式對(duì)外披露空間太極計(jì)劃時(shí)，也提到該計(jì)劃早在2008年就已發(fā)起。

　　如今，再次翻開(kāi)這份面向未來(lái)十年、至今來(lái)看仍具有很強(qiáng)前瞻性的報(bào)告，張雙南說(shuō)，人們可能會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)，除了引力波，未來(lái)等待人類發(fā)現(xiàn)、驗(yàn)證和探索的，還有很多。

　　2月24日，在國(guó)務(wù)院新聞辦舉行的新聞發(fā)布會(huì)上，科技部部長(zhǎng)萬(wàn)鋼表示，基礎(chǔ)研究、前沿探索是一個(gè)國(guó)家提升原始創(chuàng)新能力的關(guān)鍵，我國(guó)將對(duì)面向未來(lái)的量子通訊、生命科學(xué)、干細(xì)胞、環(huán)境保護(hù)等方面基礎(chǔ)研究進(jìn)行重點(diǎn)支持，對(duì)一些面向未來(lái)的探索，包括物質(zhì)科學(xué)、中微子探索、引力波探索等按照我們的國(guó)力給予相應(yīng)的部署。

　　引力波之外，還將有哪些爆炸性的發(fā)現(xiàn) 

　　比如，世界是由什么構(gòu)成的，物質(zhì)是由什么構(gòu)成的？這些看似終極的問(wèn)題，卻有望通過(guò)物理學(xué)家的努力得到一定的答案。

　　希格斯粒子，這種被認(rèn)為是萬(wàn)物質(zhì)量產(chǎn)生源泉的“上帝粒子”，就是回答這兩個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵所在。2012年7月，歐洲核子中心宣布大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)類似希格斯粒子的新粒子，若它就是作為“標(biāo)準(zhǔn)模型”預(yù)言的希格斯粒子，那么通過(guò)對(duì)其性質(zhì)的研究，將使人類對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)提高到一個(gè)新的水平。當(dāng)然，如果希格斯粒子不存在，人類過(guò)去50年的物理認(rèn)知體系就存在漏洞，需要全新的理論來(lái)描述微觀世界。

　　此外，到目前，自然界并沒(méi)有觀察到反物質(zhì)，但是宇宙起源于137億年前的大爆炸，按照基本粒子理論，應(yīng)該產(chǎn)生的正物質(zhì)和反物質(zhì)是一樣多的。而中微子震蕩實(shí)驗(yàn)將在未來(lái)十年有望加快破解“反物質(zhì)消失之謎”。張雙南告訴記者，根據(jù)2020報(bào)告，這些問(wèn)題都有望在未來(lái)十年得到突破性的進(jìn)展。

　　另一個(gè)突破，有望在未知的宇宙空間得以實(shí)現(xiàn)，而抓手，就是暗物質(zhì)，這個(gè)不發(fā)光、人類完全不知道的新物質(zhì)，是超出現(xiàn)有粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的全新粒子，對(duì)其研究有望真正破解宇宙起源的奧秘。2020報(bào)告提到，未來(lái)幾年內(nèi)，人類將利用地面大型探測(cè)裝置及空間探測(cè)實(shí)驗(yàn)，很可能探測(cè)到暗物質(zhì)粒子并揭開(kāi)暗物質(zhì)之謎，而這，將成為21世紀(jì)人類最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。

　　為人類所魂?duì)繅?mèng)縈的地外生命，也有望得到突破性的探索。剛剛過(guò)去的2015年，美國(guó)人對(duì)火星的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了存在大量地下水的證據(jù)和其他支持生命存在的跡象。2020報(bào)告也明確提到，目前正在開(kāi)展和即將實(shí)施的若干國(guó)際探測(cè)計(jì)劃，有可能在不久的將來(lái)在地球系統(tǒng)以外發(fā)現(xiàn)生命和生命存在的證據(jù)。

　　這些帶著終極探索意味的領(lǐng)域，將迎來(lái)諸多實(shí)力雄厚組織的角逐。當(dāng)歐空局的火星探測(cè)計(jì)劃打算要去火星表面兩米以下尋找水和生命的痕跡之時(shí)，美國(guó)航天局被稱作“下一代哈勃望遠(yuǎn)鏡”的詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST)將會(huì)以相當(dāng)于哈勃望遠(yuǎn)鏡100倍左右的觀察能力在2018年之前面世。

　　2020報(bào)告甚至勾勒出了一幅生動(dòng)的宇宙圖景：在未來(lái)幾年里，人類將首次實(shí)施對(duì)太陽(yáng)的近距離觀測(cè)，美國(guó)旅行者號(hào)飛船將飛越日球?qū)舆吔?。有關(guān)生命科學(xué)和人體科學(xué)、微重力科學(xué)、地球科學(xué)等多項(xiàng)研究將隨之展開(kāi)。

　　中科院國(guó)家空間科學(xué)主任吳季在接受中國(guó)青年報(bào)記者采訪時(shí)表示，在空間觀測(cè)的研究中，大型精密儀器的研發(fā)正是各個(gè)國(guó)家相互合作和競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。

　　當(dāng)然，還有人類關(guān)于自我的探索。2010年，美國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)人工合成支原體基因組，培育出由人造基因組控制、可自我復(fù)制的細(xì)菌細(xì)胞，人類首個(gè)“人造生命”實(shí)現(xiàn)了。2020報(bào)告則預(yù)言，“在未來(lái)十年，有望在人工設(shè)計(jì)并合成生物分子、生命線路、細(xì)胞器乃至真核細(xì)胞染色體等‘人造生命’方面取得重大突破，在醫(yī)藥、能源、材料、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等方面展現(xiàn)潛力”。此外，在未來(lái)幾年里，基于干細(xì)胞的新生命繁衍方式也有望出現(xiàn)，屆時(shí)，人造精子和卵子也將得以實(shí)現(xiàn)——這既是新的生命繁衍方式的創(chuàng)造，也是對(duì)生命倫理的新挑戰(zhàn)。

　　 人類前沿研究里的中國(guó)身影 

　　這些重大的研究命題，就好比一座豐富的礦藏，擺在那里，誰(shuí)都能看得到，但如何挖掘，從哪里入手，又需要什么樣的工具、財(cái)力和人力等等，都需要思考、研究乃至戰(zhàn)略規(guī)劃。

　　正如張雙南所說(shuō)，從來(lái)就不存在僅僅一個(gè)國(guó)家才會(huì)有的科學(xué)難題，就像他們常說(shuō)的“一黑兩暗”——黑洞、暗物質(zhì)、暗能量。這些科學(xué)命題探索從來(lái)都是世界性的，不分國(guó)界，但畢竟一國(guó)之力有限，每個(gè)個(gè)體的生命力也有限，有所為有所不為是一個(gè)必然選擇的結(jié)果?！安蛔非笕娴念I(lǐng)先，重點(diǎn)布局，在一些有特色的地方保持自己的優(yōu)勢(shì)和力量。”在他看來(lái)，這是中國(guó)科學(xué)界面對(duì)世界共同的研究課題時(shí)，一直以來(lái)的心態(tài)。

　　比如關(guān)于中微子的研究，根據(jù)張雙南介紹，中國(guó)將會(huì)率先建立世界領(lǐng)先的中微子研究中心，這將是江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)成功之后一個(gè)必然的結(jié)果。此前，大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)的成功，已經(jīng)使中國(guó)進(jìn)入了中微子研究的國(guó)家前列。而負(fù)責(zé)這一實(shí)驗(yàn)的中科院高能物理所所長(zhǎng)、中科院院士王貽芳也提到，江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)瞄準(zhǔn)的將是下一個(gè)熱點(diǎn)——確定中微子的質(zhì)量順序。根據(jù)預(yù)期，江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)基于2萬(wàn)噸液閃探測(cè)器能夠有效地測(cè)量中微子的質(zhì)量順序，并和國(guó)際上相應(yīng)的加速器實(shí)驗(yàn)形成競(jìng)爭(zhēng)和互補(bǔ)的關(guān)系。

　　量子信息技術(shù)也將是中國(guó)人嶄露頭角的一個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)2020報(bào)告，未來(lái)10年，量子通信可提供絕對(duì)安全的信息傳輸方式，量子計(jì)算、量子仿真領(lǐng)域也將產(chǎn)生重大突破。而剛剛過(guò)去的2015年國(guó)家科技獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)大會(huì)，就把該年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)這個(gè)自然科學(xué)領(lǐng)域的最高獎(jiǎng)項(xiàng)，頒給了致力于量子信息技術(shù)研究的中國(guó)科大潘建偉團(tuán)隊(duì)。

　　  到國(guó)際上尋求合作 

　　當(dāng)然，在一些領(lǐng)域，尋求具有重大價(jià)值的“國(guó)際合作”項(xiàng)目，也成了中國(guó)人致力于前沿研究的一條路徑。

　　比如，致力于揭開(kāi)宇宙“黑暗時(shí)期”之謎的“平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目”（英文簡(jiǎn)稱SKA），是國(guó)際天文界計(jì)劃建造的世界最大綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡，接收面積達(dá)一平方公里，最終將建設(shè)上千面反射面天線和一百多萬(wàn)個(gè)低頻天線。天文學(xué)家能夠利用它監(jiān)測(cè)到天空全景圖和其中從未有過(guò)的細(xì)節(jié)。對(duì)于這樣的機(jī)會(huì)，中國(guó)科學(xué)家自然不愿意錯(cuò)過(guò)。

　　在接受中國(guó)青年報(bào)記者采訪時(shí)，國(guó)家天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)薛隨建透露，在這個(gè)重大的國(guó)際科研項(xiàng)目中，中國(guó)有望占到了10%份額的資金投入以及其他貢獻(xiàn)，比如在高頻陣的天線的研發(fā)方案的競(jìng)爭(zhēng)中，中國(guó)方案就嶄露頭角最終勝出。

　　目前，SKA由澳大利亞、加拿大、中國(guó)、印度等10個(gè)國(guó)家共同參與研發(fā)，中國(guó)也成了SKA的創(chuàng)始國(guó)和正式成員國(guó)之一。在SKA對(duì)外發(fā)布的11個(gè)工作包中，中國(guó)參與了天線（DSH）、低頻孔徑陣列（LFAA）、中頻孔徑陣列（MFAA）等6個(gè)國(guó)際工作包聯(lián)盟的研發(fā)工作。

　　薛隨建預(yù)計(jì)，到2020年前后，SKA第一階段工程的陣列將開(kāi)始觀測(cè)，若干年后，人類將有可能探測(cè)到宇宙暗紀(jì)結(jié)束、第一代天體形成將宇宙“點(diǎn)亮”的整個(gè)過(guò)程等等。

　　那么，究竟哪些項(xiàng)目可以到國(guó)際上尋求合作？

　　吳季向記者透露，由中國(guó)科學(xué)家組成的科學(xué)委員，專門(mén)負(fù)責(zé)遴選我國(guó)參與的國(guó)際項(xiàng)目，其遴選標(biāo)準(zhǔn)主要出于三點(diǎn)考慮：其一是某個(gè)科學(xué)項(xiàng)目對(duì)于解決未來(lái)重大科學(xué)問(wèn)題可能產(chǎn)生的突破性；其二是某個(gè)項(xiàng)目對(duì)未來(lái)整個(gè)世界學(xué)科發(fā)展可能帶來(lái)的影響力；其三是某個(gè)科學(xué)項(xiàng)目在未來(lái)幾年內(nèi)技術(shù)上的可行性和兌現(xiàn)能力。當(dāng)然，也會(huì)考慮中方在研究項(xiàng)目的參與度、貢獻(xiàn)度等。

　　按照這樣的標(biāo)準(zhǔn)，30米望遠(yuǎn)鏡(TMT)，似乎是中國(guó)科學(xué)家必須要參加的一個(gè)項(xiàng)目。

　　TMT是被全世界科學(xué)家公認(rèn)的，將會(huì)主宰未來(lái)數(shù)十年天文觀測(cè)領(lǐng)域的下一代地基巨型光學(xué)-紅外天文觀測(cè)設(shè)備。其30米口徑的集光面積是當(dāng)前最大光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的十倍，空間分辨率則比哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（HST）提高一個(gè)量級(jí)。

　　“毫無(wú)疑問(wèn)，TMT將會(huì)在揭示暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)、探測(cè)宇宙第一代天體、理解黑洞的形成與生長(zhǎng)、描繪系外類地行星特征和生命起源這些科學(xué)領(lǐng)域作出重大突破性發(fā)現(xiàn)?！闭f(shuō)起TMT的未來(lái)，薛隨建難以掩飾作為一個(gè)天文科學(xué)家的激動(dòng)之情，中國(guó)天文界的一個(gè)共識(shí)即是以實(shí)物貢獻(xiàn)的形式參與這一項(xiàng)目，關(guān)系到我國(guó)21世紀(jì)天文學(xué)發(fā)展的重大戰(zhàn)略決策，是本世紀(jì)一次不可錯(cuò)過(guò)的機(jī)會(huì)。

　　然而，這條路走得卻并不順利。

　　 有些項(xiàng)目很重要卻緣何尚未參與 

　　TMT，這個(gè)由美國(guó)摩爾基金會(huì)私人投資2億美元給美國(guó)加州大學(xué)系統(tǒng)和加州理工學(xué)院?jiǎn)?dòng)的項(xiàng)目，目前已經(jīng)獲得了多國(guó)明確的建設(shè)資金投資。日本、印度和加拿大政府，分別于2013年、2014年和2015年宣布將投資TMT20%、10%和15%的資金份額。

　　而中國(guó)，由于沒(méi)有政府的系統(tǒng)投入，成為參與國(guó)中不確定性因素最大的國(guó)家。

　　“在TMT建成之時(shí)，如果我們拿不到10%的自主‘觀測(cè)機(jī)時(shí)’，那么，我們科學(xué)家這6年來(lái)所作的努力很可能就無(wú)從體現(xiàn)了?！弊鳛門(mén)MT中國(guó)項(xiàng)目部總經(jīng)理，薛隨建無(wú)論如何也沒(méi)有想到，如此重大的全球科學(xué)計(jì)劃，中國(guó)的加入之路會(huì)走得那么曲折。

　　中國(guó)科學(xué)家加入TMT計(jì)劃，始于2009年?！斑@6年，跟得很緊”，薛隨建告訴記者，這幾年能堅(jiān)持下來(lái)的一個(gè)重要?jiǎng)恿驮谟?，他心里知道，只要以適當(dāng)?shù)馁Y金比例加入到TMT中，我國(guó)天文觀測(cè)研究可以從2～4米望遠(yuǎn)鏡時(shí)代一下子飛躍到30米時(shí)代，就能夠與國(guó)際頂尖水平站在同一起跑線上競(jìng)爭(zhēng)及發(fā)展。

　　但中國(guó)對(duì)于TMT的現(xiàn)狀卻是“有貢獻(xiàn)，沒(méi)投入”。TMT耗資按照10%份額的資金投入來(lái)看，即需要11～12億元，而如此巨大投入所產(chǎn)出的設(shè)備，卻放置在海外，這在我國(guó)大型科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施投資中是沒(méi)有過(guò)先例的。

　　事實(shí)上，中國(guó)也曾有過(guò)加入發(fā)現(xiàn)引力波的LIGO團(tuán)隊(duì)的機(jī)會(huì)，最終擦肩而過(guò)，就因?yàn)榻?jīng)費(fèi)難籌。據(jù)太極計(jì)劃首席科學(xué)家、中科院力學(xué)所胡文瑞院士回憶，經(jīng)費(fèi)問(wèn)題致使中國(guó)放棄后，LIGO選擇了印度。如今印度和澳大利亞合作建立了LIGO地面測(cè)量站。

　　“如果說(shuō)，當(dāng)年美國(guó)在啟動(dòng)引力波探測(cè)時(shí)，我們的人才隊(duì)伍還沒(méi)有完全成熟，那么這一次，我們科技隊(duì)伍已經(jīng)今非昔比，千萬(wàn)不能再錯(cuò)過(guò)了！”薛隨建說(shuō)。

 《 中國(guó)青年報(bào) 》（ 2016年03月01日 11 版）