作為科技創新者的我們,為什麼要傾聽來自宇宙的聲音

2020-12-04 品玩

我來和大家分享一下我的一些體驗,這個活動找到我我也感到有點奇怪,因為我其實並不是一個創新者,我們做的是科學研究,實際上是想要發現大自然中存在什麼東西,並不是說我們要創造出一個什麼東西,而在座的很多位其實可能都是有一些創造。但是我也發現有的時候這個東西確實是有緊密聯繫的。我舉一個例子,比如下一位演講者蘇萌博士,曾經也是做我們天體的研究,而且在我們組也做過研究。現在他就轉換成了創新者,這個我是感到非常高興。

為什麼要去探索宇宙?為什麼要去聆聽宇宙的聲音?我覺得這個裡頭其實一個最深刻的問題就是——中國科技是怎麼樣落後的,我們現在科技又重新發展起來了,但是曾經有100多年的時間內我們處在一個很落後的狀態。但是在更遠的過去,在一千多年前,我們曾經是世界上非常先進的、技術非常發達的國家,我們有很多偉大的發明,比如最著名的「四大發明」(火藥、指南針、紙、活字印刷),但是為什麼我們後來淪落到被人欺負,淪落到技術處在一種落後的狀態,甚至被現在的美國副總統拜登嘲笑我們說中國沒有什麼發明,沒有什麼新創新。

怎麼回事?如果我們去看這個問題的話,我們看看圖上這個照片(如PPT)這是一個外國人和一個中國的老者,這個外國人,就是英國的李約瑟,本來是一個生物學家,後來由於到他的實驗室學習的幾個中國留學生,特別是其中一個叫作魯桂珍的女生,他對中國的文明產生了強烈的興趣,這張照片是他和魯桂珍的父親一起在中國,後來他研究了中國的科學史,寫出來了洋洋大觀的中國古代科技史或者中國古代科技和文明。

他提出來很深刻的問題就是中國古代對人類科技發展作出這麼多重要的貢獻,但是為什麼科技和工業革命發生在歐洲,而不是中國,本來在中國有這樣的基礎和這樣的條件,為什麼?這個問題其實有很多不同的回答,不同層次、不同角度的回答。但是我們如果去看這個問題,我們從一個最直接的角度來看看近代的科學革命在歐洲是怎麼發生的,這上面的四張照片是歐洲近代科學革命的代表人物(如PPT),現在都印在他們的貨幣上,大家都熟悉的哥白尼、伽利略、克卜勒和牛頓,其實在他們做這些研究的時候,雖然他們現在被印在錢上,其實他們在做這些研究的時候可以說沒有任何的經濟上的或者實用上的意義。哥白尼當時研究的是怎麼樣解釋觀測到的行星和運動。克卜勒也是這樣,伽利略研究的是物體運動的規律,這個也許有一些實用的價值,因此我們知道他曾經也是研究彈道學的,但是他主要的研究還是怎麼樣深入理解這些。牛頓也是這樣,牛頓曾經當過造幣廠的廠長,但是當他做造幣廠廠長的時候科技已經進入尾聲了,他的大部分科學發現是在對宇宙的探究當中,在當時而言好像也沒有什麼實用的價值。但是到了今天,我們發現是這些是推動了科技革命的發生。在中國的古代有很多很聰明的人,但是他們沒有把聰明才智放在探索事物的根本原因上,比如創造一些新的技巧,或者研究古代的經典,而沒有深入探索這些東西。所以我們今天非常需要聆聽宇宙的聲音。

現在的科技還在不斷發展,我這裡放了幾張現代的科技、天文方面新的發現者、發現的歷史,這些都還是比較早的照片,韋伯找到的並不是引力波,他是犯了錯誤,他們都是探索者,創新者,這些東西需要長期積累,不是一下子就會出現,但是水到渠成,某一天就會改變世界。到今天我們已經看到了很多很多脈衝星,有幾千顆脈衝星已經被發現,而且未來可能還會有更多的脈衝星,我們已經能夠精確地測量宇宙的大尺度結構和微波背景輻射,我們能夠看到微波背景輻射在宇宙大爆炸產生的,而且通過測量天空當中不同方向的微波背景輻射的溫度和偏振,我們還可以知道宇宙大爆炸的時候究竟發生了些什麼。引力波是極其難以測量的東西,從愛因斯坦大概100年前預言它,在前幾年終於實現了突破,我們也探測到了兩個黑洞並核的時候產生的引力波。到今天我們很可能每一周都會發現一些引力波的事件,這個科技是在不斷進步,我們中國也應該去跟上這樣一個步伐,而且我們應該想辦法去超越這樣的一個東西,做出我們自己創新的發現。

我們想說一個最直接的所謂聆聽宇宙的聲音,這是我原來報告的題目。怎麼叫聆聽呢?其實我們也不完全是聽,我們是看,你會看到這裡頭的圖,這個圖上左邊的是宇宙微波背景輻射的腳功率譜,具體什麼意思我們不討論,但是可以看到它有一些峰和谷,這些峰和谷是宇宙大爆炸的時候聲音傳播造成的,我們今天通過測量這些峰和谷就能聽到宇宙的聲音,就好像我們聽到一個音樂、樂器奏出的聲音,我們就能夠判斷這個樂器的音質如何,這個樂器怎麼樣,我們也能夠判斷這個演奏者有沒有足夠好的技巧,同樣,我們去觀測這樣的一些現象,我們就可以推斷宇宙的歷史到底是什麼樣子,從宇宙的一開始極高速的這種爆炸,到轉入標準的所謂熱大爆炸,再到後來宇宙進入所謂的黑暗時代,經過一段時間的演化,裡面形成第一代的恆星和星系,形成今天的宇宙,我們今天逐漸獲得了對宇宙比較清晰的認識。

但是清晰歸清晰,其實這些發現在我們的面前也擺下了很多未解的難題,直到今天我們還不知道如何回答。比如說宇宙當中,現在所知道的這些物質,也就是我們今天所說的普通的物質,包括這個屋子裡看到的,我們身上都是由原子、分子組成的,這些佔宇宙的4.7%左右,實際上宇宙的95%以上是現在我們並不知道是什麼東西,我們給它們起了一些名字,叫作暗物質和暗能量,這個是我個人研究的主題方向。但是這些東西到底是什麼?它們為什麼佔了宇宙這麼多的成分?它們對宇宙的演化究竟有什麼作用?它們對未來人類的發展到底意味著什麼?我們其實並不知道,因為我們現在還沒有辦法把它們弄清楚到底是什麼東西,甚至是不是真的有暗物質和暗能量,我們現在也不能夠清晰地知道,我們還需要進一步地研究。這就是我們中國科學家在面臨的問題,這個是一個世界前沿的問題,全世界的科學家都在研究它,我們也要在這種競爭中努力地研究它。

曾經在我們國家,就像我們前面說的,大家並不是很關注這些缺乏直接的使用價值的東西,基礎科學曾經被認為並沒有什麼實際的應用,被放在第二位,甚至第三位,甚至不重要,甚至反對的程度上。剛才託馬斯也提到,我們都看到了前一段時間任正非先生的講話,他答記者問我覺得簡直裡面是充滿了智慧,我看了以後非常欽佩。我想舉一個例子,他提到我們過去發展就是靠砸錢,我們有這種創新的模式,但是在科學上是不足的,任總特別提到了物理學家和數學家,我們可以看到他對中國未來的發展絕對是一種極大的作用。這種作用到底是什麼?其實我們去看任總自己還有一段很有意思的話,我想順便說一句,他提到他未來最大的興趣,他如果退休了要去研究數學、研究熱力學定律、研究宇宙的起源,這個很有意思,當然這個不一定能實現,因為我們現在看到中美的激烈的競爭,華為面臨的這些困境當中,他可能沒有時間去研究宇宙起源這樣的問題,這個問題我們還是可以研究的。但是這裡面說明一個問題,任總表明了一種對事物的根本原理的追求,其實我們發現很多創新者都是這樣子的。我最近讀了埃隆馬斯克的傳記,他是學物理出身的,他之所以有這樣的創新,是在於他要追求到事物的根本上,而不是滿足於我只是在商業上如何取得成功,我一定要去想出一個能夠更新的,從根本上解決問題的途徑。所以我覺得這個也可以說明為什麼我們這些看上去研究的東西好像粗看上去沒有可以應用的,最終可以轉化成做這些研究的,而且這些研究可能也是有這種實際的應用。

任總還有一段話提到中國的科學家雖然有,但是現在還是不足的,其實這個我們也是感到很慚愧的,現在中國其實已經是論文第一大國了,這是美國做的一個研究(如PPT),可以看到中國在2016年的時候首次超越美國,美國是藍線,上面的紅線是歐盟。會發現中國的論文,包括科學和工程的論文已經很多了,但是真正具有創新性的論文還比較少,問題是什麼?為什麼我們做了這麼多研究、出現了很多論文,但是創新的實質性的東西沒有那麼多?一方面的原因我認為可能跟我們的各種機制體制有關係,另外一方面,創新實際上是需要迭代的過程。

我舉一個具體的例子,比如說大家都知道去年去世的霍金(英國著名科學家),他在70年代曾經預言黑洞可以發生蒸發現象,他預言了以後,有一位當時的青年科學家叫蘇利文,他就去做天文的觀測,試圖想要看到黑洞蒸發的現象,但是一直到今天也沒看到,但是今年大家可能看到了一個轟動世界的新聞,就是今年拍出了第一張黑洞照片,就是圖上所示的(如PPT),蘇利文做這件事情是在80年代初,他在這上面沒有取得成功,但是他在這個過程當中開發了很多很多有意思的數據處理技術,到90年代發展WiFi的時候,他發現這個技術就用上了,因為WiFi面臨的問題是如果室內的話會有很多很多電波的反射,他發現用這個技術就可以克服這種反射現象,實現成功的傳輸。所以我們說創新能力不是憑空產生的,如果我們都待在學校裡頭,只是滿足於寫一些論文,只是滿足於自己小小的領域,你只會寫論文,不會產生出真正有創意的東西,你需要去交叉、去交流、去實踐。孔子說的學而時習之不亦樂乎,《論語》裡的第一句話,大家都知道這句話,但是大家不清楚「習」不是學習,是實際的實踐和體驗。這種創新在很大程度上是需要交流,需要新的領域去嘗試,我自己對此也有很多體會。

我們國家科學家也在不斷地努力做這件事情,很多論文之所以數量多,而並沒有實際的意義,原因在於過去我們有很多束縛,同時條件也不好,但是如果我們堅持下去是會取得成就的。這是我以前的老同事南仁東先生,是2017年去世的,他從90年代開始就開始推動中國要建造所謂世界最大的單天線望遠鏡Fast,現在單天線望遠鏡Fast終於是建成了,我參加這個會之前,前天就去Fast進行了觀測,數據怎麼樣後面還要處理,但是我們會看到中國只要去努力,去堅持做下去,它是會取得回報的。

我個人也在做一個實驗,叫作「天籟實驗」,目標是想要去觀察宇宙早期產生的聲波振蕩,在之後保留下來的遺蹟,我們可以看到不同溫度的演化,這些不同方向的溫度告訴我們那個時刻,就是宇宙大爆炸結束那一瞬間當時的宇宙是什麼樣子的,但是後面的宇宙又是怎麼樣子的,暗能量怎麼樣推動宇能量膨脹的,光靠微波監測是不夠的,我們還要做新的實驗,新的實驗就是希望探索後面這些大尺度結構,星系是如何分布的,從而了解暗物質和暗能量的演化情況。另外一點,我們通過這種觀測還希望同時能夠更進一步,將來去探索宇宙的黑暗時代,也就是說在大爆炸結束之後,到第一代恆星和星系產生之前這段時間宇宙究竟是什麼樣子。

這個東西難度是很大的,目前世界上也還沒有人成功,其實我個人參與這方面的研究的時候,當時在十幾年前,當時大家看到的宇宙當中還沒有探測到的幾個信號,一個是引力波,一個是宇宙的21釐米信號,但是今天引力波也已經被探測到很多了,而宇宙的21釐米信號還不知道什麼時候才能探測到,但是我相信只要堅持下去還是可以做的。有的時候並不是很容易,為了探測到這個很微弱的信號,包括我和我們團隊的很多同事,他們也是付出了很多努力,這是我們在進行選址,想要找到一個受幹擾非常少,但是我們同時以比較低的成本仍然能夠運行的地方去建成陣列,這是我們建成的陣列(如PPT),我想感到我們的同事,比如吳峰泉博士,是我們的副研究員,他在做實驗期間條件有限,坐在土地上吃這些新疆的饢,這個實驗是建在新疆這個地方,地上有一些沙蔥,我們拔起來,自己拿點熱器熱一下就吃了。

我想說的另外一點,我想在座的創新者們可能很多人都有這種體會,在實現創新的過程當中,很有可能有很多很多次的失敗,我還沒有成功過,我們現在都是失敗的,我想介紹一次失敗的經歷,就是快速電暴,新聞出現了一些烏龍,說是外星人發來的,跟外星人不一定有多大關係,但是這是很有意思的信號。這個信號在2012年的時候,有別的人已經先發現了前五個事例,我們已經認識到這個東西是非常重要的東西,我們努力地申請經費,研製這樣的終端,放到我們的天線上,因為我們的天線其實跟加拿大的chime天線很類似,但是很遺憾,或者是由於能力不足,或者是由於我們體制上的問題,或者也可能兩者兼備有關之,我們一直到現在都還沒有能夠把這個東西建成,而加拿大用這個望遠鏡上的數字終端就已經找到了,目前已經找到了幾百個這樣的信號,遠遠超過其他任何一個望遠鏡,我們目前正在做的終端已經做出了第一批樣機,準備下個月安裝到我們的望遠鏡上,但是其實已經落了後手,已經錯過了一次重大發現的機遇。這個東西給我一個提醒,人生的機遇是非常非常有限的,我也想跟大家分享,一定要抓住眼前的機遇,做出自己的事業。

我就說這些,我雖然是失敗的,但是我還想屢敗屢戰。謝謝。

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