您的位置: 主页 > 新闻资讯 > 人物报道 >

吴岳良:在科学史上留下属于中国学者的理论

来 源:中国科学报
发布时间:2020-09-01

太空浩渺深邃,驱动其诞生、演化、膨胀的隐秘“暗”物质与能量长什么样?万物繁复多变,是否有一种统一而“简洁”的理论和模型解释所有现象?宇宙留下“时空涟漪”,如何捕捉这美妙却微弱的信息?

宇宙图景幽深、神秘,却让人如痴如醉。这便是中国科学院院士、中国科学院理论物理研究所研究员吴岳良面前的物理世界。

“宇宙充满未解之谜,吸引着我不断思考,挑战自我、探索未知。”近40年来,吴岳良“仰观宇宙之广大,俯探学问之前沿”,努力做出世界一流的物理学研究。

大工程,探索“隐秘的美好”

近百年来,人类对宇宙的认识取得了巨大的进步。然而,仍有无数的谜团尚未揭开。

其中,暗物质、暗能量被认为是21世纪现代物理学和天文学天空中的“两朵乌云”。“它们是本世纪物理学中最大的科学问题,揭开这两大谜团,将带来一场新的物理学革命。”吴岳良告诉《中国科学报》。

物质粒子是宇宙的基本构成之一。通俗来说,暗物质就是既不发射光,也不吸收和反射光的物质;暗能量即驱动宇宙运动的一种“神秘”能量,两者都不可被基于电磁波的现有技术直接观测或检测到。但事实上,逐渐累积的大量天文观测数据通过引力效应表明了大量暗物质暗能量的存在,且成为了宇宙的主要组分,约占百分之九十五以上。

寻找暗物质、研究暗能量的本质,将对物质、时空和宇宙的起源等基本问题有更深的认识,这也成为国际物理学和天文学界研究的热点。

10年前,吴岳良作为“暗物质、暗能量的理论研究及实验预研”首席科学家,凝聚国内相关优势力量向“两朵乌云”发起挑战。经过10年的艰苦探索,研究团队取得了一系列具有国际影响力的成果。比如:在我国暗物质实验探测方面,从无到有形成了地下到空间的直接和间接暗物质探测两个大平台,突破了一系列关键探测技术;在理论研究方面,提出了解释暗物质的模型和机制,极大推动了实验的开展。在这个过程中,我国暗物质的研究力量逐渐建立并愈发强大。

“通过项目研究,促进了我国暗物质理论与实验研究的结合。暗物质暗能量是在探索未知,在某种意义上,我们与国外同时起步,如今也处在同样有竞争力的水平上。”吴岳良对10年来的进步感到欣慰而满意。

在科学家苦苦追寻暗物质暗能量的踪迹与奥秘之时,“引力波”被捕捉到了,这给了科学家们极大的鼓舞。

2016年,美国激光干涉引力波天文台(LIGO)宣布探测到了双黑洞合并事件的引力波,同年,中科院也对外披露了我国引力波空间探测计划——“太极计划”。该计划可追溯到2008年——在中科院的支持下,胡文瑞院士组织我国科学家对其论证,且在2012年由吴岳良代表中国空间引力波探测工作组在欧空局eLISA首次联盟会议上报告该计划。

按计划,我国将在2033年前发射引力波探测卫星组,进行中低频波段引力波的直接探测。吴岳良再次挑起重担,担任“太极计划”的首席科学家。

吴岳良表示,“当前我们观察到的宇宙现象依赖于电磁相互作用,引力波是另外一种探测手段,而空间引力波探测则可以看到更广、更深的宇宙信息和天体现象,包括暗物质暗能量、宇宙早期形成与演化等。”

2019年12月25日,我国首颗空间引力波探测技术实验卫星“太极一号”在历经4个月严格测试和实验后,各项功能、性能指标满足研制总要求,在轨测试实验取得成功。

“这是科学院有史以来,在空间探测技术难度如此大的情况下,依然在1年之内建成并完成目标的科学卫星。我作为参与者和推动者,感到欣喜和满意。”吴岳良说,目前,太极一号在轨验证的各项技术指标超过任务预期目标,他们正积极筹备太极二号的双星实验。

但吴岳良深知,空间引力波探测技术是当前人类所掌握的精密测量和控制技术的“极限”,未来挑战巨大。

至今,在吴岳良的办公室,粘贴着一张写满密密麻麻行程的“太极一号”计划的时间表,旁边是一张有着他的签名的“军令状”。“我们希望以国际合作竞争的方式,共同突破关键技术,赶上国际水平。”吴岳良爽朗的笑声中充满了对未来的坚定和信心。

纯理论:追寻“大一统”的简洁美

“理论物理只有世界第一,没有第二。”在吴岳良心中,导师周光召先生的这句话是自己科学研究路上的指路明灯。他努力创造一套属于中国学者提出的、被国际所认可的物理学新理论新概念。

历经20多年的坚持,吴岳良于2018年在揭秘爱因斯坦统一场论的研究中取得突破——创建了超统一场论。

吴岳良说,自1915年爱因斯坦创立广义相对论以来,构建一套能够统一描述自然界已知基本相互作用的理论,是所有理论物理学家所追求的梦想。爱因斯坦花费了其后半生几乎所有的时间探寻统一场论。

追寻大一统的简洁之美,也是吴岳良的梦想。

1996年,吴岳良回国后与周光召开始共同研究大一统理论。次年,他们在《中国科学》杂志上发表了题为《对所有基本力的一种可能的大统一模型》的研究论文,这是他们最初的想法。

20多年来,除却必要的行政事务,吴岳良无时无刻不在思考着这些问题,“做理论物理研究有个好处,就是随时随地可以开始工作,早上醒来、走在路上都可以思考。”吴岳良说。

吴岳良提出了超统一场论,引起国际同行广泛关注。其涉及对时空观念、几何观念和宇宙观念以及物质观念和能量观念的重新认识,将为探索终极统一理论打开一扇新窗口。

他解释说,爱因斯坦广义相对论认为“引力是弯曲时空的表现”,而他要抛开弯曲时空的概念,直接在平坦时空中引入引力场作为量子场,并在这个场中将“引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力”这4种基本相互作用进行统一的描述。

挑战与众不同的理论,并不是一件容易的事。在吴岳良看来,兴趣、热爱、坚持与不断思考,是支撑他研究不断取得突破的重要因素。

“尽管在上个世纪有国外科学家提出相关的统一理论,但我们至少有属于自己提出的既在理论上自洽又与现有实验一致且有新的理论预言的理论,但理论最终都需要经过实验来检验。”吴岳良说。

作为理论物理学家,吴岳良对理论物理有着深刻地理解。他坚信,物理一定是简单的,规律一定是简洁的。“把所有物理现象通过严密的数学逻辑推理,总结抽象成一个最具有普遍意义和规律的理论,例如众所周知的量子理论、相对论、牛顿理论等,从而可应用至各个方面。这也是中科院专门成立理论物理所的初衷和使命。”

谢恩师:承袭先贤做一流学问

对吴岳良来说,父亲指引他走上了理论物理之路。“父亲告诉我,要做最前沿的工作,要找最好的导师。我觉得理论物理的魅力在于探索未知,具有前沿性和很大挑战性。”这是吴岳良选择理论物理的初衷。

而在之后近40年的科研人生中,中国科学院院士、“两弹一星”元勋周光召是他的“领路人”。

1982年,吴岳良考入周光召门下作硕士生和博士生。他说,导师的言传身教,在自己人生观、价值观和世界观的形成上,都打下了深刻的烙印。

“周先生的一生与国家的需要紧密结合,他希望为国奉献的传统在年轻人中传承。”吴岳良回忆说,“这也是从彭先生那里传承下来的,彭先生当时回国的时候就说‘回国不需要理由,不回国才需要理由’”。

1986年,吴岳良即将博士毕业并计划到国外开展博士后研究,周光召问他,“你将来‘翅膀硬了’,可能会面临很多选择,但一旦国家需要你做出某种选择时,你是否能服从国家需要、回来服务国家?”

吴岳良给出了肯定的答案。在美国、德国从事科研的近10年里,他与周光召始终保持着联系。只要周光召出访到吴岳良所从事科学研究的国家,他们定会约上见面,他向吴岳良介绍国内科技的发展,而吴岳良也会向导师汇报近况和研究进展。

1996年,在周光召的召唤下,吴岳良回国从事科学研究,也就是从那时起,他与导师合作开启了超统一理论的研究工作。

在科研工作中,周光召敢于挑战权威的特点对吴岳良产生了深远影响,帮助他度过“至暗时刻”。

“理论物理研究是一个否定之否定的过程,需要不断否定自己,最终找到一个比较肯定的答案,但否定自己容易,否定别人,尤其是权威是十分困难的。”吴岳良说。

1993年前后,吴岳良正在进行“正反粒子变换和左右宇称反演联合对称性(CP)破坏和第六个基本粒子顶夸克性质”的研究,他对顶夸克质量的理论估算与欧洲核子中心早期一个有误的实验结果不一致。此外,他还提出了一个简单理论模型(包含粒子物理标准模型CP破坏机制在内的四类CP破坏源)。然而,由于这类模型被研究了二十多年,很多人认为不可能还有这么重要的理论结论没有被发现,由此,他的研究论文也“自然”被美国的顶尖期刊拒稿数次。

那时,吴岳良在作博士后,别人一年都发表几篇甚至十几篇论文,而他在那一年只写一篇文章就为了认识这个问题。“压力的确很大。”他坦承。

吴岳良想到导师在面对权威质疑时不迷信、独立思考的经历和教导,下定决心用了半年多的时间调研了过去所有的相关研究,并撰写了近80页的长文来证明模型的自洽性,最后的研究结果连续发表在美国《物理评论快报》上,该模型后来被国际同行专家称为模型Ⅲ2HDM。

此外,周光召善于从事物的第一性考虑复杂问题的思考方式、对科研的执着等也使得吴岳良获益良多。导师的精神与理念,吴岳良将其传承至他的后辈学生之中。

育人才:做真正原创的研究

对于理论物理所研究员周宇峰来说,导师吴岳良教会他最多的便是独立思考能力。1999年他考入理论物理所,成为吴岳良的博士研究生。

“在做博士期间,吴老师就特别强调独立思考能力,在对某个问题进行大量的调研后,形成自己的想法和判断,只有这样才能做出有高度的原创性工作。”周宇峰告诉《中国科学报》,吴老师不轻易盲从他人、甘做“冷板凳”的精神让自己受益匪浅。

如今,周宇峰也不断挑战难题、新题,与导师亦师亦友,协同合作。他已成为暗物质理论、超出标准模型的新物理等方向的专家,提出了数个具有原创性的相互作用机制、计算方法和暗物质理论模型。

而刘金岩走了一条与师兄师姐不同的发展之路。2010年,她成为吴岳良门下粒子物理专业的博士研究生,现为中国科学院自然科学史研究所副研究员。

知史以明鉴,查古以至今。她告诉《中国科学报》,周光召先生曾提出,中国理论物理学应有自己史学研究,不能断代,导师吴岳良将此愿望记在了心里。

在刘金岩即将博士毕业时,导师问她是否对物理学史感兴趣,因得知自然科学史所非常希望有理论物理背景,特别是量子力学和量子场论方面基础的青年人才加入,而喜欢历史的她回答“非常愿意”。在吴岳良的建议下,刘金岩进入中国科学院自然科学史所,投身至中国物理学史的研究。

“受过粒子物理学专业训练,也使我在历史研究中更加得心应手。”刘金岩说。

当前,国际物理学研究竞争日趋激烈。“我们到了不应再跟踪,而是做真正原始创新工作的时候了。”吴岳良说。

但他同时也深感,当前由于涉及高能量和高强度及高精度的大型前沿实验进展放慢,理论物理发展也相对变得缓慢,但从另一方面来看这给我国理论物理学家提供了一个深入思考和研究并做出原创性科研成果的机遇。而国内的科研环境并不太利于基础研究,尤其像理论物理这样的纯基础研究,需要改革科研评价体制、营造开放交流的氛围,以及长期稳定的支持,让基础研究的科研人员有兴趣、热爱,驱动其做原创研究。

“不得不承认,科学史上留下来的经典理论大多由国外科学家发现创立的。我们要成为科技强国,必须要培养年轻人才,做出能在科学史上留得下来的中国科学家创立的理论,为世界科学发展贡献一份力量。”吴岳良坚定地说。

吴岳良院士

 彭桓武(左)、周光召(中)、吴岳良(右)师生三代 (中科院理论物理所供图)

 

关注微信公众号
极速赛车压8码 极速赛车两期公式 广发彩票计划群 玩极速赛车有挣钱的吗 极速赛车彩票技巧 湖北快3 山东11选5走势 极速赛车7码 k8彩票计划群 新疆喜乐彩走势图