作为科技创新者的我们，为什么要倾听来自宇宙的声音

演讲人：陈学雷 中科院国家天文台宇宙暗物质研究团首席科学家

我来和大家分享一下我的一些体验，这个活动找到我我也感到有点奇怪，因为我其实并不是一个创新者，我们做的是科学研究，实际上是想要发现大自然中存在什么东西，并不是说我们要创造出一个什么东西，而在座的很多位其实可能都是有一些创造。但是我也发现有的时候这个东西确实是有紧密联系的。我举一个例子，比如下一位演讲者苏萌博士，曾经也是做我们天体的研究，而且在我们组也做过研究。现在他就转换成了创新者，这个我是感到非常高兴。

为什么要去探索宇宙？为什么要去聆听宇宙的声音？我觉得这个里头其实一个最深刻的问题就是——中国科技是怎么样落后的，我们现在科技又重新发展起来了，但是曾经有100多年的时间内我们处在一个很落后的状态。但是在更远的过去，在一千多年前，我们曾经是世界上非常先进的、技术非常发达的国家，我们有很多伟大的发明，比如最著名的“四大发明”（火药、指南针、纸、活字印刷），但是为什么我们后来沦落到被人欺负，沦落到技术处在一种落后的状态，甚至被现在的美国副总统拜登嘲笑我们说中国没有什么发明，没有什么新创新。

怎么回事？如果我们去看这个问题的话，我们看看图上这个照片（如PPT）这是一个外国人和一个中国的老者，这个外国人，就是英国的李约瑟，本来是一个生物学家，后来由于到他的实验室学习的几个中国留学生，特别是其中一个叫作鲁桂珍的女生，他对中国的文明产生了强烈的兴趣，这张照片是他和鲁桂珍的父亲一起在中国，后来他研究了中国的科学史，写出来了洋洋大观的中国古代科技史或者中国古代科技和文明。

他提出来很深刻的问题就是中国古代对人类科技发展作出这么多重要的贡献，但是为什么科技和工业革命发生在欧洲，而不是中国，本来在中国有这样的基础和这样的条件，为什么？这个问题其实有很多不同的回答，不同层次、不同角度的回答。但是我们如果去看这个问题，我们从一个最直接的角度来看看近代的科学革命在欧洲是怎么发生的，这上面的四张照片是欧洲近代科学革命的代表人物（如PPT），现在都印在他们的货币上，大家都熟悉的哥白尼、伽利略、开普勒和牛顿，其实在他们做这些研究的时候，虽然他们现在被印在钱上，其实他们在做这些研究的时候可以说没有任何的经济上的或者实用上的意义。哥白尼当时研究的是怎么样解释观测到的行星和运动。开普勒也是这样，伽利略研究的是物体运动的规律，这个也许有一些实用的价值，因此我们知道他曾经也是研究弹道学的，但是他主要的研究还是怎么样深入理解这些。牛顿也是这样，牛顿曾经当过造币厂的厂长，但是当他做造币厂厂长的时候科技已经进入尾声了，他的大部分科学发现是在对宇宙的探究当中，在当时而言好像也没有什么实用的价值。但是到了今天，我们发现是这些是推动了科技革命的发生。在中国的古代有很多很聪明的人，但是他们没有把聪明才智放在探索事物的根本原因上，比如创造一些新的技巧，或者研究古代的经典，而没有深入探索这些东西。所以我们今天非常需要聆听宇宙的声音。

现在的科技还在不断发展，我这里放了几张现代的科技、天文方面新的发现者、发现的历史，这些都还是比较早的照片，韦伯找到的并不是引力波，他是犯了错误，他们都是探索者，创新者，这些东西需要长期积累，不是一下子就会出现，但是水到渠成，某一天就会改变世界。到今天我们已经看到了很多很多脉冲星，有几千颗脉冲星已经被发现，而且未来可能还会有更多的脉冲星，我们已经能够精确地测量宇宙的大尺度结构和微波背景辐射，我们能够看到微波背景辐射在宇宙大爆炸产生的，而且通过测量天空当中不同方向的微波背景辐射的温度和偏振，我们还可以知道宇宙大爆炸的时候究竟发生了些什么。引力波是极其难以测量的东西，从爱因斯坦大概100年前预言它，在前几年终于实现了突破，我们也探测到了两个黑洞并核的时候产生的引力波。到今天我们很可能每一周都会发现一些引力波的事件，这个科技是在不断进步，我们中国也应该去跟上这样一个步伐，而且我们应该想办法去超越这样的一个东西，做出我们自己创新的发现。

我们想说一个最直接的所谓聆听宇宙的声音，这是我原来报告的题目。怎么叫聆听呢？其实我们也不完全是听，我们是看，你会看到这里头的图，这个图上左边的是宇宙微波背景辐射的脚功率谱，具体什么意思我们不讨论，但是可以看到它有一些峰和谷，这些峰和谷是宇宙大爆炸的时候声音传播造成的，我们今天通过测量这些峰和谷就能听到宇宙的声音，就好像我们听到一个音乐、乐器奏出的声音，我们就能够判断这个乐器的音质如何，这个乐器怎么样，我们也能够判断这个演奏者有没有足够好的技巧，同样，我们去观测这样的一些现象，我们就可以推断宇宙的历史到底是什么样子，从宇宙的一开始极高速的这种爆炸，到转入标准的所谓热大爆炸，再到后来宇宙进入所谓的黑暗时代，经过一段时间的演化，里面形成第一代的恒星和星系，形成今天的宇宙，我们今天逐渐获得了对宇宙比较清晰的认识。

但是清晰归清晰，其实这些发现在我们的面前也摆下了很多未解的难题，直到今天我们还不知道如何回答。比如说宇宙当中，现在所知道的这些物质，也就是我们今天所说的普通的物质，包括这个屋子里看到的，我们身上都是由原子、分子组成的，这些占宇宙的4.7%左右，实际上宇宙的95%以上是现在我们并不知道是什么东西，我们给它们起了一些名字，叫作暗物质和暗能量，这个是我个人研究的主题方向。但是这些东西到底是什么？它们为什么占了宇宙这么多的成分？它们对宇宙的演化究竟有什么作用？它们对未来人类的发展到底意味着什么？我们其实并不知道，因为我们现在还没有办法把它们弄清楚到底是什么东西，甚至是不是真的有暗物质和暗能量，我们现在也不能够清晰地知道，我们还需要进一步地研究。这就是我们中国科学家在面临的问题，这个是一个世界前沿的问题，全世界的科学家都在研究它，我们也要在这种竞争中努力地研究它。

曾经在我们国家，就像我们前面说的，大家并不是很关注这些缺乏直接的使用价值的东西，基础科学曾经被认为并没有什么实际的应用，被放在第二位，甚至第三位，甚至不重要，甚至反对的程度上。刚才托马斯也提到，我们都看到了前一段时间任正非先生的讲话，他答记者问我觉得简直里面是充满了智慧，我看了以后非常钦佩。我想举一个例子，他提到我们过去发展就是靠砸钱，我们有这种创新的模式，但是在科学上是不足的，任总特别提到了物理学家和数学家，我们可以看到他对中国未来的发展绝对是一种极大的作用。这种作用到底是什么？其实我们去看任总自己还有一段很有意思的话，我想顺便说一句，他提到他未来最大的兴趣，他如果退休了要去研究数学、研究热力学定律、研究宇宙的起源，这个很有意思，当然这个不一定能实现，因为我们现在看到中美的激烈的竞争，华为面临的这些困境当中，他可能没有时间去研究宇宙起源这样的问题，这个问题我们还是可以研究的。但是这里面说明一个问题，任总表明了一种对事物的根本原理的追求，其实我们发现很多创新者都是这样子的。我最近读了埃隆马斯克的传记，他是学物理出身的，他之所以有这样的创新，是在于他要追求到事物的根本上，而不是满足于我只是在商业上如何取得成功，我一定要去想出一个能够更新的，从根本上解决问题的途径。所以我觉得这个也可以说明为什么我们这些看上去研究的东西好像粗看上去没有可以应用的，最终可以转化成做这些研究的，而且这些研究可能也是有这种实际的应用。

任总还有一段话提到中国的科学家虽然有，但是现在还是不足的，其实这个我们也是感到很惭愧的，现在中国其实已经是论文第一大国了，这是美国做的一个研究（如PPT），可以看到中国在2016年的时候首次超越美国，美国是蓝线，上面的红线是欧盟。会发现中国的论文，包括科学和工程的论文已经很多了，但是真正具有创新性的论文还比较少，问题是什么？为什么我们做了这么多研究、出现了很多论文，但是创新的实质性的东西没有那么多？一方面的原因我认为可能跟我们的各种机制体制有关系，另外一方面，创新实际上是需要迭代的过程。

我举一个具体的例子，比如说大家都知道去年去世的霍金（英国著名科学家），他在70年代曾经预言黑洞可以发生蒸发现象，他预言了以后，有一位当时的青年科学家叫苏利文，他就去做天文的观测，试图想要看到黑洞蒸发的现象，但是一直到今天也没看到，但是今年大家可能看到了一个轰动世界的新闻，就是今年拍出了第一张黑洞照片，就是图上所示的（如PPT），苏利文做这件事情是在80年代初，他在这上面没有取得成功，但是他在这个过程当中开发了很多很多有意思的数据处理技术，到90年代发展WiFi的时候，他发现这个技术就用上了，因为WiFi面临的问题是如果室内的话会有很多很多电波的反射，他发现用这个技术就可以克服这种反射现象，实现成功的传输。所以我们说创新能力不是凭空产生的，如果我们都待在学校里头，只是满足于写一些论文，只是满足于自己小小的领域，你只会写论文，不会产生出真正有创意的东西，你需要去交叉、去交流、去实践。孔子说的学而时习之不亦乐乎，《论语》里的第一句话，大家都知道这句话，但是大家不清楚“习”不是学习，是实际的实践和体验。这种创新在很大程度上是需要交流，需要新的领域去尝试，我自己对此也有很多体会。

我们国家科学家也在不断地努力做这件事情，很多论文之所以数量多，而并没有实际的意义，原因在于过去我们有很多束缚，同时条件也不好，但是如果我们坚持下去是会取得成就的。这是我以前的老同事南仁东先生，是2017年去世的，他从90年代开始就开始推动中国要建造所谓世界最大的单天线望远镜Fast，现在单天线望远镜Fast终于是建成了，我参加这个会之前，前天就去Fast进行了观测，数据怎么样后面还要处理，但是我们会看到中国只要去努力，去坚持做下去，它是会取得回报的。

我个人也在做一个实验，叫作“天籁实验”，目标是想要去观察宇宙早期产生的声波振荡，在之后保留下来的遗迹，我们可以看到不同温度的演化，这些不同方向的温度告诉我们那个时刻，就是宇宙大爆炸结束那一瞬间当时的宇宙是什么样子的，但是后面的宇宙又是怎么样子的，暗能量怎么样推动宇能量膨胀的，光靠微波监测是不够的，我们还要做新的实验，新的实验就是希望探索后面这些大尺度结构，星系是如何分布的，从而了解暗物质和暗能量的演化情况。另外一点，我们通过这种观测还希望同时能够更进一步，将来去探索宇宙的黑暗时代，也就是说在大爆炸结束之后，到第一代恒星和星系产生之前这段时间宇宙究竟是什么样子。

这个东西难度是很大的，目前世界上也还没有人成功，其实我个人参与这方面的研究的时候，当时在十几年前，当时大家看到的宇宙当中还没有探测到的几个信号，一个是引力波，一个是宇宙的21厘米信号，但是今天引力波也已经被探测到很多了，而宇宙的21厘米信号还不知道什么时候才能探测到，但是我相信只要坚持下去还是可以做的。有的时候并不是很容易，为了探测到这个很微弱的信号，包括我和我们团队的很多同事，他们也是付出了很多努力，这是我们在进行选址，想要找到一个受干扰非常少，但是我们同时以比较低的成本仍然能够运行的地方去建成阵列，这是我们建成的阵列（如PPT），我想感到我们的同事，比如吴峰泉博士，是我们的副研究员，他在做实验期间条件有限，坐在土地上吃这些新疆的馕，这个实验是建在新疆这个地方，地上有一些沙葱，我们拔起来，自己拿点热器热一下就吃了。

我想说的另外一点，我想在座的创新者们可能很多人都有这种体会，在实现创新的过程当中，很有可能有很多很多次的失败，我还没有成功过，我们现在都是失败的，我想介绍一次失败的经历，就是快速电暴，新闻出现了一些乌龙，说是外星人发来的，跟外星人不一定有多大关系，但是这是很有意思的信号。这个信号在2012年的时候，有别的人已经先发现了前五个事例，我们已经认识到这个东西是非常重要的东西，我们努力地申请经费，研制这样的终端，放到我们的天线上，因为我们的天线其实跟加拿大的chime天线很类似，但是很遗憾，或者是由于能力不足，或者是由于我们体制上的问题，或者也可能两者兼备有关之，我们一直到现在都还没有能够把这个东西建成，而加拿大用这个望远镜上的数字终端就已经找到了，目前已经找到了几百个这样的信号，远远超过其他任何一个望远镜，我们目前正在做的终端已经做出了第一批样机，准备下个月安装到我们的望远镜上，但是其实已经落了后手，已经错过了一次重大发现的机遇。这个东西给我一个提醒，人生的机遇是非常非常有限的，我也想跟大家分享，一定要抓住眼前的机遇，做出自己的事业。

我就说这些，我虽然是失败的，但是我还想屡败屡战。谢谢。

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