黑洞研究常常為張雙南帶來驚喜。 (賀萌制圖)
背著大雙肩背包擠地鐵,喜歡就著咖啡吃油條的天體物理學(xué)家張雙南,研究著黑洞為什么“發(fā)脾氣”,以及美女為什么美,有時也為引力波或者量子糾纏寫寫詩。
“因為很好玩唄。”這位54歲的中國科學(xué)院粒子天體物理重點實驗室主任在描述自己的研究與愛好時笑得很頑皮。
張雙南的科學(xué)研究是通過天文觀測和理論計算來理解中子星、黑洞、星系、星系團(tuán)以及宇宙演化,同時也研制空間天文儀器。他還力圖從美的角度闡釋科學(xué),用科學(xué)的方法研究美。
張雙南身兼“天宮二號”伽馬暴偏振探測儀和硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡兩個重要項目的首席科學(xué)家。伽馬暴偏振探測儀已于9月隨中國第一個真正意義的空間實驗室進(jìn)入太空。他希望硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡也能成功發(fā)射,更好地揭示我們所身處的這個神奇的宇宙。
太空里的望遠(yuǎn)鏡 (賀萌制圖)
宇宙中充滿意外
科學(xué)家能夠在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)一種“脾氣暴躁”的黑洞要感謝醫(yī)生。
而實現(xiàn)這一跨界發(fā)現(xiàn)的正是張雙南。
張雙南1962年12月出生于河南確山縣城一個知識分子家庭。從小學(xué)到高中,他的學(xué)習(xí)成績一直非常優(yōu)秀。1984年清華大學(xué)畢業(yè)后,張雙南考入中科院高能物理研究所讀碩士,他的指導(dǎo)老師是被譽(yù)為“中國居里夫人”的著名物理學(xué)家何澤慧院士和中國高能天體物理的開創(chuàng)者之一李惕碚院士。之后,他又到英國留學(xué),博士畢業(yè)后到美國做博士后。
張雙南在美國做博士后期間從事的是粒子物理研究,1992年到NASA工作重返天體物理領(lǐng)域。由于他已經(jīng)離開天文好幾年了,他的項目負(fù)責(zé)人就先讓他自己隨便搗鼓點東西試試。
由于在這之前張雙南還曾經(jīng)申請過一家醫(yī)院的工作,他研究了醫(yī)生是如何得到醫(yī)學(xué)圖像的。在NASA,張雙南“搗鼓”的結(jié)果是發(fā)明了“地球掩食成像”技術(shù),使用了醫(yī)學(xué)成像的專業(yè)軟件處理天體觀測數(shù)據(jù),證明了這個方法非常有效。1994年,張雙南以第一作者把這個圖像處理方法的研究成果發(fā)表在權(quán)威學(xué)術(shù)刊物Nature上。“換一個行當(dāng)?shù)暮锰幨?那個領(lǐng)域的人從來不這么做事情?！?/p>
宇宙中充滿意外。(賀萌制圖)
不按常理出牌的張雙南每天都用這個新方法分析伽馬射線天文衛(wèi)星的數(shù)據(jù),做出太空中伽馬射線源的天圖?！巴蝗挥幸惶?我發(fā)現(xiàn)天圖上出現(xiàn)了一個新的而且是當(dāng)時太空中最明亮的伽馬射線天體,我感到極為震撼,立刻意識到這是一個重大發(fā)現(xiàn)?！睆堧p南發(fā)現(xiàn)的是銀河系內(nèi)的第二個微類星體——一個7倍太陽質(zhì)量、能產(chǎn)生噴流的“脾氣暴躁”的黑洞。
“如果當(dāng)初在美國我去了醫(yī)院,現(xiàn)在工資可能非常高,哈哈?！逼鋵嵁?dāng)時張雙南有很多工作選擇,比如華爾街股票公司、石油公司、計算機(jī)公司,但他還是聽從了博士后導(dǎo)師的建議繼續(xù)從事科學(xué)研究。
后來張雙南和同事們又發(fā)現(xiàn)了幾個黑洞雙星系統(tǒng),并獲得了NASA頒發(fā)的“集體成就獎”。1997年,張雙南和另外兩位華裔科學(xué)家崔偉、陳莞一起,提出了一個測量黑洞自轉(zhuǎn)的方法,并首先測量了一批黑洞的自轉(zhuǎn),引起學(xué)術(shù)界的巨大興趣。
有的黑洞自轉(zhuǎn),有的不自轉(zhuǎn),而以前科學(xué)家不知道如何測量。學(xué)術(shù)界現(xiàn)在用來測量黑洞自轉(zhuǎn)的兩個方法之一是張雙南發(fā)明的。2000年,張雙南又以第一作者在美國的《科學(xué)》雜志上發(fā)表了黑洞研究的成果。
“黑洞本身不發(fā)光,要了解黑洞都是通過它周圍物質(zhì)的輻射來推斷黑洞的行為,往往會有意外的發(fā)現(xiàn)。黑洞不是一下子就能搞清楚的,這是很大的挑戰(zhàn),也非常有趣,常常能帶來驚喜,這是我喜歡研究黑洞的原因。”張雙南說。
張雙南本想在NASA領(lǐng)導(dǎo)一個衛(wèi)星項目,但是NASA不允許讓中國籍的科學(xué)家來負(fù)責(zé)重要項目,而他又一直沒有申請美國國籍。1998年,張雙南離開了NASA到阿拉巴馬大學(xué)工作。2002年,他曾經(jīng)的導(dǎo)師、中科院院士李惕碚希望他能回國幫助研制中國第一枚空間望遠(yuǎn)鏡——硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡,他便回國加入了李院士的團(tuán)隊。
硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡從論證到立項經(jīng)歷了曲折漫長的過程。10多年來,張雙南始終堅信肯定能夠做成?，F(xiàn)在,這枚衛(wèi)星的研制工作已經(jīng)結(jié)束即將發(fā)射,張雙南說:“感到壓力非常大,都沒有時間去激動,因為還有太多問題需要解決?！?/p>
除了吃飯睡覺,張雙南幾乎所有時間都在工作。由于患有腰椎間盤突出,他把桌子上的電腦架得高高的,站著辦公。
患有腰椎間盤突出的張雙南把電腦架得高高的,站著辦公。
安裝在“天宮二號”上的伽馬暴偏振探測儀本是用來觀測宇宙伽馬暴和太陽耀斑高能輻射的。喜歡別出心裁的張雙南忽然有一天想到用伽馬暴偏振探測儀的數(shù)據(jù)去尋找蟹狀星云中的脈沖星信號,團(tuán)隊的幾個年輕人很快試了一下,結(jié)果竟成功了。
這是中國科學(xué)家第一次用自己制造并放置到太空中的天文儀器研究宋代中國人發(fā)現(xiàn)的超新星爆發(fā)遺留下來的脈沖星。32年前,張雙南剛從大學(xué)畢業(yè)到高能物理所的這個實驗室做研究生,他所在的團(tuán)隊曾經(jīng)在中國第一次用高空氣球上的儀器探測到了這顆脈沖星的硬X射線輻射。
他不久前也是突發(fā)奇想給本來為研究黑洞和中子星的硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡添加了觀測伽馬暴的能力。就這樣,身兼兩個項目首席科學(xué)家的張雙南讓兩個不同的儀器的科學(xué)能力得到了顯著的拓展,這與他在NASA發(fā)明了地球掩食成像方法異曲同工。
張雙南擔(dān)任首席科學(xué)家的“天宮二號”上的伽馬暴偏振探測儀被科學(xué)家昵稱為“小蜜蜂”。(賀萌制圖)
沒缺陷不常見
除了黑洞、中子星這些奇異的天體,張雙南也饒有興趣地研究美學(xué)。他對美的研究比研制衛(wèi)星的歷史還要長。
上世紀(jì)80年代初,中國剛剛改革開放,中國人忽然知道有美學(xué),都在討論誰是最美的?！坝腥苏f鄧麗君美,但有人認(rèn)為她不夠美,我就在思考為什么。”張雙南說。
“美女美食美景,不同人的判斷標(biāo)準(zhǔn)是不一樣的,美學(xué)書里列舉很多美的事物,但是沒有回答為什么同一樣?xùn)|西有人覺得美有人覺得不美。作為學(xué)物理的,天生就喜歡刨根問底。我根深蒂固的理念就是所有事物和現(xiàn)象背后都有規(guī)律,我就在想審美是否有規(guī)律。”
慢慢地,張雙南總結(jié)出了美就是“沒缺陷不常見”。
“經(jīng)常有很多人攻擊我的理論。他們說,哲學(xué)家2000多年沒有解決的問題,你怎么可能用六個字來解答呢。每次有人攻擊我的理論,我就感到非常好玩?！?/p>
天體物理學(xué)家研究美學(xué)是如此與眾不同。他把歸納、證實、證偽,以及邏輯化、定量化的科學(xué)方法都運用上了?！拔业拿缹W(xué)是可以寫出公式做計算的,我叫做計量美學(xué),這樣就可以有審美機(jī)器人啦?！?/p>
“我很認(rèn)真地在想將來可以研制會審美的機(jī)器人。如果未來的機(jī)器人都不能區(qū)分美不美,這很無聊呀。我相信這個審美機(jī)器人最終會有巨大的商業(yè)應(yīng)用價值,包括選美、選配偶、藝術(shù)設(shè)計、建筑設(shè)計等等,希望有人感興趣投資這個項目。”張雙南說。
“我們的人生就是審美的人生,如果不是為了審美,如果沒有了希望,如果不是因為明天會比今天更美好,那我們還有什么理由活下去呢?人生的目的不就是有一個更美好的未來嗎?”
張雙南認(rèn)為,技術(shù)創(chuàng)新的目的就是彌補(bǔ)原有技術(shù)的缺陷從而發(fā)明不常見,而科學(xué)創(chuàng)新的目的是修補(bǔ)原有理論的缺陷從而發(fā)現(xiàn)不常見,因此科技創(chuàng)新本質(zhì)上就是對美的追求。同時,科學(xué)探索充滿了意外,意外就是最大的不常見,這樣的科學(xué)成果最美!
對沒用的科學(xué)刨根問底
張雙南在繁忙的科研之余常參與科普活動。在一些面向公眾的講座上,他從蘇格拉底講到愛因斯坦,從宇宙大爆炸講到引力波,旁征博引、幽默詼諧地闡釋“美的科學(xué)”和“科學(xué)的美”。
有人問他研究黑洞有什么用,他回答:“我不知道,但是我想搞明白這個問題?！?/p>
“科學(xué)的目的既不是造福于人類,也不是危害人類。科學(xué)的目的是刨根問底,也就是發(fā)現(xiàn)各種規(guī)律?！睆堧p南說。
“科學(xué)在最初大部分都是沒用的,但是現(xiàn)在對我們的生活發(fā)生了巨大影響的技術(shù)卻都是來源于那些當(dāng)初‘最沒有用’的科學(xué),因此現(xiàn)在‘無用’的科學(xué)其實是最應(yīng)該做的,但是由于‘無用’,往往得不到支持,在中國尤其突出,因為在中國普遍不知道什么是科學(xué),誤以為有用的才是科學(xué)。盡管我們希望中國最終成為世界上科學(xué)研究領(lǐng)先的國家,但是這需要極長的過程?！?/p>
“科學(xué)研究是發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律、新的現(xiàn)象,每一次研究取得進(jìn)步,科學(xué)家都是第一個知道的人,當(dāng)然也是第一個體會到科學(xué)之美的人,這就是科學(xué)研究帶給我的最大快樂。”張雙南說。
“天文研究中最有趣的發(fā)現(xiàn)都是意外的,除了帶領(lǐng)團(tuán)隊承擔(dān)重大科學(xué)研究項目之外,我個人的科學(xué)研究就是想理解什么就做什么,我發(fā)表的大部分論文都是這么來的。有人批評我這樣不能出重大成果,但是我就是喜歡這樣,好玩啊!”
網(wǎng)上有人提問張雙南“如果生命只剩下60秒,給此生留下的一句話是什么”,他回答:“理解和試圖理解這個世界、這個世界的組成以及在這個世界上生活的人類真的是很好玩,我曾經(jīng)樂此不疲,希望留下的你們也是如此。”
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