實習(xí)生 楊書源 本報記者 邱晨輝

 歐洲大型強子對撞機視覺中國供圖（資料圖片）

　　事實上，早在3年前，中國科學(xué)家就曾預(yù)言過引力波近期將被發(fā)現(xiàn)：“今后10年，引力波實驗有可能取得突破性進(jìn)展，引力波天文臺有可能率先探測到來自雙中子星系統(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)勢與面向2020年的戰(zhàn)略選擇》（以下稱2020報告）的報告之中。    盡管證實引力波的消息已經(jīng)公布兩周，但面對這個世紀(jì)科學(xué)成果，人類社會所表現(xiàn)出的興奮和熱情并未因時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邊的話題不約而同紛至沓來?？茖W(xué)家也趁著這波熱潮，把自家的研究曬出來做起科普，以期贏得公眾的認(rèn)可和理解。

　　這份報告的編寫組成員之一，中國科學(xué)院高能物理所研究員張雙南從2008年開始參與中國引力波研究計劃，他說，引力波早已成了他過去8年里頻頻“接觸”的研究對象。2月16日，中科院正式對外披露空間太極計劃時，也提到該計劃早在2008年就已發(fā)起。

　　如今，再次翻開這份面向未來十年、至今來看仍具有很強前瞻性的報告，張雙南說，人們可能會驚訝地發(fā)現(xiàn)，除了引力波，未來等待人類發(fā)現(xiàn)、驗證和探索的，還有很多。

　　2月24日，在國務(wù)院新聞辦舉行的新聞發(fā)布會上，科技部部長萬鋼表示，基礎(chǔ)研究、前沿探索是一個國家提升原始創(chuàng)新能力的關(guān)鍵，我國將對面向未來的量子通訊、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)行重點支持，對一些面向未來的探索，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？這些看似終極的問題，卻有望通過物理學(xué)家的努力得到一定的答案。

　　希格斯粒子，這種被認(rèn)為是萬物質(zhì)量產(chǎn)生源泉的“上帝粒子”，就是回答這兩個問題的關(guān)鍵所在。2012年7月，歐洲核子中心宣布大型強子對撞機實驗發(fā)現(xiàn)了一個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，那么通過對其性質(zhì)的研究，將使人類對微觀世界的認(rèn)識提高到一個新的水平。當(dāng)然，如果希格斯粒子不存在，人類過去50年的物理認(rèn)知體系就存在漏洞，需要全新的理論來描述微觀世界。

　　此外，到目前，自然界并沒有觀察到反物質(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。而中微子震蕩實驗將在未來十年有望加快破解“反物質(zhì)消失之謎”。張雙南告訴記者，根據(jù)2020報告，這些問題都有望在未來十年得到突破性的進(jìn)展。

　　另一個突破，有望在未知的宇宙空間得以實現(xiàn)，而抓手，就是暗物質(zhì)，這個不發(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，對其研究有望真正破解宇宙起源的奧秘。2020報告提到，未來幾年內(nèi)，人類將利用地面大型探測裝置及空間探測實驗，很可能探測到暗物質(zhì)粒子并揭開暗物質(zhì)之謎，而這，將成為21世紀(jì)人類最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。

　　為人類所魂牽夢縈的地外生命，也有望得到突破性的探索。剛剛過去的2015年，美國人對火星的研究已經(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報告也明確提到，目前正在開展和即將實施的若干國際探測計劃，有可能在不久的將來在地球系統(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，將迎來諸多實力雄厚組織的角逐。當(dāng)歐空局的火星探測計劃打算要去火星表面兩米以下尋找水和生命的痕跡之時，美國航天局被稱作“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報告甚至勾勒出了一幅生動的宇宙圖景：在未來幾年里，人類將首次實施對太陽的近距離觀測，美國旅行者號飛船將飛越日球?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)等多項研究將隨之展開。

　　中科院國家空間科學(xué)主任吳季在接受中國青年報記者采訪時表示，在空間觀測的研究中，大型精密儀器的研發(fā)正是各個國家相互合作和競爭的焦點。

　　當(dāng)然，還有人類關(guān)于自我的探索。2010年，美國科學(xué)家實現(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“人造生命”實現(xiàn)了。2020報告則預(yù)言，“在未來十年，有望在人工設(shè)計并合成生物分子、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，人造精子和卵子也將得以實現(xiàn)——這既是新的生命繁衍方式的創(chuàng)造，也是對生命倫理的新挑戰(zhàn)。

　　人類前沿研究里的中國身影

　　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，從來就不存在僅僅一個國家才會有的科學(xué)難題，就像他們常說的“一黑兩暗”——黑洞、暗物質(zhì)、暗能量。這些科學(xué)命題探索從來都是世界性的，不分國界，但畢竟一國之力有限，每個個體的生命力也有限，有所為有所不為是一個必然選擇的結(jié)果?！安蛔非笕娴念I(lǐng)先，重點布局，在一些有特色的地方保持自己的優(yōu)勢和力量?！痹谒磥恚@是中國科學(xué)界面對世界共同的研究課題時，一直以來的心態(tài)。

　　比如關(guān)于中微子的研究，根據(jù)張雙南介紹，中國將會率先建立世界領(lǐng)先的中微子研究中心，這將是江門中微子實驗成功之后一個必然的結(jié)果。此前，大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗的成功，已經(jīng)使中國進(jìn)入了中微子研究的國家前列。而負(fù)責(zé)這一實驗的中科院高能物理所所長、中科院院士王貽芳也提到，江門中微子實驗瞄準(zhǔn)的將是下一個熱點——確定中微子的質(zhì)量順序。根據(jù)預(yù)期，江門中微子實驗基于2萬噸液閃探測器能夠有效地測量中微子的質(zhì)量順序，并和國際上相應(yīng)的加速器實驗形成競爭和互補的關(guān)系。

　　量子信息技術(shù)也將是中國人嶄露頭角的一個領(lǐng)域。根據(jù)2020報告，未來10年，量子通信可提供絕對安全的信息傳輸方式，量子計算、量子仿真領(lǐng)域也將產(chǎn)生重大突破。而剛剛過去的2015年國家科技獎頒獎大會，就把該年度國家自然科學(xué)獎一等獎這個自然科學(xué)領(lǐng)域的最高獎項，頒給了致力于量子信息技術(shù)研究的中國科大潘建偉團隊。

　　到國際上尋求合作

　　當(dāng)然，在一些領(lǐng)域，尋求具有重大價值的“國際合作”項目，也成了中國人致力于前沿研究的一條路徑。

　　比如，致力于揭開宇宙“黑暗時期”之謎的“平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡項目”（英文簡稱SKA），是國際天文界計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個低頻天線。天文學(xué)家能夠利用它監(jiān)測到天空全景圖和其中從未有過的細(xì)節(jié)。對于這樣的機會，中國科學(xué)家自然不愿意錯過。

　　在接受中國青年報記者采訪時，國家天文臺副臺長薛隨建透露，在這個重大的國際科研項目中，中國有望占到了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)方案的競爭中，中國方案就嶄露頭角最終勝出。

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

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

　　那么，究竟哪些項目可以到國際上尋求合作？

　　吳季向記者透露，由中國科學(xué)家組成的科學(xué)委員，專門負(fù)責(zé)遴選我國參與的國際項目，其遴選標(biāo)準(zhǔn)主要出于三點考慮：其一是某個科學(xué)項目對于解決未來重大科學(xué)問題可能產(chǎn)生的突破性；其二是某個項目對未來整個世界學(xué)科發(fā)展可能帶來的影響力；其三是某個科學(xué)項目在未來幾年內(nèi)技術(shù)上的可行性和兌現(xiàn)能力。當(dāng)然，也會考慮中方在研究項目的參與度、貢獻(xiàn)度等。

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

　　TMT是被全世界科學(xué)家公認(rèn)的，將會主宰未來數(shù)十年天文觀測領(lǐng)域的下一代地基巨型光學(xué)-紅外天文觀測設(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）提高一個量級。

　　“毫無疑問，TMT將會在揭示暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)、探測宇宙第一代天體、理解黑洞的形成與生長、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起TMT的未來，薛隨建難以掩飾作為一個天文科學(xué)家的激動之情，中國天文界的一個共識即是以實物貢獻(xiàn)的形式參與這一項目，關(guān)系到我國21世紀(jì)天文學(xué)發(fā)展的重大戰(zhàn)略決策，是本世紀(jì)一次不可錯過的機會。

　　然而，這條路走得卻并不順利。

　　有些項目很重要卻緣何尚未參與

　　TMT，這個由美國摩爾基金會私人投資2億美元給美國加州大學(xué)系統(tǒng)和加州理工學(xué)院啟動的項目，目前已經(jīng)獲得了多國明確的建設(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，由于沒有政府的系統(tǒng)投入，成為參與國中不確定性因素最大的國家。

　　“在TMT建成之時，如果我們拿不到10%的自主‘觀測機時’，那么，我們科學(xué)家這6年來所作的努力很可能就無從體現(xiàn)了?！弊鳛門MT中國項目部總經(jīng)理，薛隨建無論如何也沒有想到，如此重大的全球科學(xué)計劃，中國的加入之路會走得那么曲折。

　　中國科學(xué)家加入TMT計劃，始于2009年?！斑@6年，跟得很緊”，薛隨建告訴記者，這幾年能堅持下來的一個重要動力就在于，他心里知道，只要以適當(dāng)?shù)馁Y金比例加入到TMT中，我國天文觀測研究可以從2～4米望遠(yuǎn)鏡時代一下子飛躍到30米時代，就能夠與國際頂尖水平站在同一起跑線上競爭及發(fā)展。

　　但中國對于TMT的現(xiàn)狀卻是“有貢獻(xiàn)，沒投入”。TMT耗資按照10%份額的資金投入來看，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，這在我國大型科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施投資中是沒有過先例的。

　　事實上，中國也曾有過加入發(fā)現(xiàn)引力波的LIGO團隊的機會，最終擦肩而過，就因為經(jīng)費難籌。據(jù)太極計劃首席科學(xué)家、中科院力學(xué)所胡文瑞院士回憶，經(jīng)費問題致使中國放棄后，LIGO選擇了印度。如今印度和澳大利亞合作建立了LIGO地面測量站。

　　“如果說，當(dāng)年美國在啟動引力波探測時，我們的人才隊伍還沒有完全成熟，那么這一次，我們科技隊伍已經(jīng)今非昔比，千萬不能再錯過了！”薛隨建說。