阿里原初引力波项目首席科学家：在西藏聆听宇宙初啼

　　
专访阿里原初引力波项目首席科学家：在世界屋脊聆听宇宙初啼

　　澎湃新闻记者 虞涵棋


中国科学院高能物理所研究员张新民 中新网 资料图

　　500米口径球面射电望远镜（FAST）近日宣布首次发现脉冲星，使中国跻身脉冲星俱乐部。而通过“看”这种中子星的旋转，“中国天眼”还有望“听”到另一种宇宙的律动：引力波。

　　由美国加州理工学院主导的LIGO团队于2016年初宣布成功探测到引力波，造就了今年毫无悬念的诺奖归属，也掀开了国际上加紧引力波研究布局的热潮。除了贵州山区大窝凼中的“大锅”FAST，中国正在海拔5250米的世界屋脊上建设“阿里一号”望远镜。并计划将卫星送上太空，三路并进，捕捉引力波。

　　中国科学院高能物理所研究员张新民10月12日接受澎湃新闻专访（www.thepaper.cn）时介绍道，引力波就像电磁波一样，具有不同的频段，对应的探测方式也不同：“这三种方法中，空间探测和FAST通过脉冲星来探测的都是天体产生的引力波。”由张新民担任首席科学家的阿里计划，针对的则是宇宙学起源的原初引力波。

　　作为宇宙暴胀理论的预言，原初引力波对于人类了解宇宙的诞生和演化意义非凡。“到目前为止，这个东西还都没看到，而且它的科学意义非常重大。”张新民说道。


世界屋脊上的阿里天文台外景。微信公号中科院高能所 图

　　“看”不同的光，捕捉不同的引力波

　　“2016年2月LIGO宣布探测到引力波以后，国家做了一个整体部署，科技部、中科院、（国家自然科学）基金委启动了相应的项目。还有一件非常重要的事：科技部成立了引力波研究专家委员会。”张新民说道。

　　目前，中国的引力波探测力量兵分三路：阿里计划、贵州的 FAST和空间探测。

　　阿里计划由中科院高能所牵头，合作单位包括国家天文台、天光所、紫金山天文台、上海微系统所、理论所、西藏大学、中科大、北师大、北京大学、清华大学、华中师大、美国斯坦福大学等。台湾大学正在申请经费参加阿里计划。

　　FAST是通过脉冲星计时阵列的方式探测引力波，未来还将加入国际联合的脉冲星引力波探测计划。

　　空间方面现有两个方案，一个是由中科院力学所和国科大领导的“太极计划”，另一个则是由中山大学主导的“天琴计划”。

　　为何需要兵分三路？张新民解释道，就是要“听”到不同频段的引力波，方式也就不同。

　　引力波是爱因斯坦广义相对论的重要预言。引力波到来时，造成时空弯曲， 影响了传播中的光子。

　　张新民说道，LIGO“看”的是激光，FAST “看”的是脉冲星发出的光，而阿里计划“看”的是一种叫宇宙微波背景辐射的“光”。

　　一张137亿年前的宇宙照片

　　宇宙微波背景辐射（CMB）是一群古老的光子。宇宙在极早期曾经充斥着各种基本粒子而处于混沌的等离子体状态，直到大爆炸大约38万年后，质子和电子结合成稳定的中性氢原子，宇宙才变得通透起来并可以让当时的光子自由穿行。这群光子，在穿行约137亿年后到达地球，就像是一张137亿年前的宇宙照片。

　　而宇宙暴胀理论认为，在大爆炸发生后的极短一瞬间，宇宙经历了一场快速膨胀，时空产生了剧烈扰动。这“暴胀”过程中产生的原初引力波就会在宇宙微波背景辐射中留下可探测的印迹，即B模式偏振。探测B模式偏振就是阿里计划追寻的目标。

　　阿里第一期观测舱即将建设完毕

　　在项目具体的时间表上，张新民说道，阿里项目分两期建设，第一期目标“三年建成，五年出成果”。张新民透露，第一期就是正在海拔5250米处建造的阿里一号望远镜，实现我们对原初引力波的首次测量。“项目的第一步，就是建设观测舱，现在已经差不多快建好了。2019年把望远镜放上去安装调试，2020年就开始观测了。”

　　第二期则是建造灵敏度更高的阿里二号望远镜，实现对原初引力波的精确测量。科学上，不仅探测原初引力波，对重要的基础物理其他课题我们也要开展研究，比如检验CPT对称性、研究暗能量的物理性质。


星空下的阿里天文台。微信公号中科院高能所 图

　　西藏阿里：全球四大最佳的观测点之一

　　为何选择了西藏阿里呢？张新民说道，大气越稀薄、水汽含量越少，才越有希望减少干扰，更能看清原初引力波留下的痕迹。2014年5月，张新民带领团队提出了在西藏阿里开展CMB实验研究。

　　目前，全球共有4个最佳的观测点。现有的重要的CMB实验站都集中在南极极点和智利阿塔卡马沙漠这2个南半球的点。北半球的2个点是格陵兰和西藏阿里。

　　2014年，在南极极点的美国BICEP团队一度宣称发现了原初引力波，结果发现是银河系中星际尘埃造成的“乌龙”。

　　张新民说道：“阿里计划和南极实验项目是一种互补。我们现在就在和BICEP合作。一南一北协同观测十分重要。他们团队的负责人郭兆林教授，被我们请过来做阿里计划的高级顾问。”目前阿里一号望远镜的探测器数目是美国南极最灵敏的BICEP3望远镜的2.7倍。

　　“做第一个看到的”

　　2017年的诺贝尔物理学奖授予LIGO团队的（雷纳?韦斯（Rainer Weiss）、基普?索恩（Kip Stephen Thorne）和巴里?巴里什（Barry Clark Barish），可谓毫无悬念。引力波的发现，是一个世纪以来物理学界的最大盛事。

　　引力波“火”了。不过，在LIGO宣布结果之前，从事引力波相关研究的科研人员是寂寞的。

　　早在1973年春，著名物理学家周培源教授发表了要重视基础研究的文章，传达了周恩来总理的声音，要在中国物理学领域开拓关于引力波的研究，此后，中山大学物理学教授陈嘉言等人也做出了重要的贡献。然而，由于科研投入和引力波研究环境的变化，中国的引力波探索陷入了空白期。

　　张新民作为阿里计划的主要倡导者，也曾陷入“找不到对口部门”的尴尬局面。

　　2016年3月，作为全国政协委员的张新民借着LIGO的东风，受到了媒体的广泛关注。他呼吁提高对基础研究的重视，并进一步改进科研的评价体系：“引力波，我们错过一次就够了！”

　　张新民谈到了上个月逝世的FAST总工程师南仁东老先生。南老为大望远镜的选址踏遍了贵州山区的窝凼，又在后续的20多年间吃透了工程的每一个环节。不过，南老生前，并未获得过奖项。

　　“作为科学家来说，只能尽力做好，不能光想着结果。LIGO也是这样的，几十年，1000多名科学家参与，最后拿诺奖的也只有三位。”张新民说道。

　　去年巴里什在接受澎湃新闻采访时也说道：“LIGO那时候是个高风险的实验性项目，我们也不能打包票一定能探测到什么，前前后后花费几亿美元，最后可能是打水漂的。在科学上，欲成大事，必冒风险（Great science has to take risks）。”

　　好在，LIGO只是翻开了新的一页，引力波这一章上还有大量的空间可以抒写。目前，LIGO确认的4次引力波事件都是由黑洞产生的，世界还在期待由中子星、超新星等天体产生的引力波，由此从另一个角度了解宇宙：射电、光学、伽马射线等电磁波谱，都是由光子承载的，而引力波则携带着与光子截然不同的信息。

　　其中，宇宙暴胀时期形成的原初引力波更是意义重大。引力波的发现，完成了爱因斯坦广义相对论的最后一块拼图，原初引力波则能帮我们检验宇宙起源理论，回溯混沌初开时的故事。这样的成果，无疑是诺奖级别的。

　　“谁都没‘看’到（原初引力波），这对我们中国阿里来说就是个很好的机遇了，我们有望能做第一个看到的。但挑战很大，因为大家都在往前走。我们必须抓紧往前赶。”张新民说道。