138億年前的宇宙大爆炸后發(fā)生了什么？如今人類探索宇宙本源的極限在哪里？人類離揭開暗物質(zhì)的秘密還有多遠(yuǎn)？11月17日，深圳大學(xué)匯星樓一號報告廳座無虛席，著名物理學(xué)家、李政道研究所所長、五院院士、上海交通大學(xué)原校長張杰出現(xiàn)在“大師面對面”講座上，用一場精彩的學(xué)術(shù)報告，帶現(xiàn)場的師生“穿越”138億年的時空之旅，分享了關(guān)于宇宙物質(zhì)起源與演化最前沿的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與思考。深圳大學(xué)校長、中國科學(xué)院院士毛軍發(fā)主持了這次報告會。深圳市政協(xié)原主席戴北方，中國工程院院士范滇元，深圳大學(xué)副校長徐晨、李永華出席報告會。
人類觀察宇宙本源的極限已經(jīng)到了毫秒級
張杰院士的講座就從屈原名篇《天問》開始，“遂古之初，誰傳道之？上下未形，何由考之？”
《天問》遠(yuǎn)不止一首詩那么簡單，屈原《天問》從誕生之初，就引發(fā)世人對探索未知的興趣?！疤靻枴彼淼?，是中國人追尋宇宙奧妙的千年之嘆，是數(shù)千年來探索無窮遠(yuǎn)方的不懈努力。從古至今，世人對宇宙的追問從未停止。以138億年前的宇宙大爆炸為開端，張杰梳理了物質(zhì)的起源與演化過程。如今科學(xué)界的主流觀點(diǎn)認(rèn)為，宇宙大爆炸發(fā)生在10-43秒以內(nèi)，被稱為普朗克時代。在10-43秒至10-35秒時宇宙進(jìn)入了暴漲時代，從10-35秒至10-3秒宇宙進(jìn)入了輕子時代。目前，人類對宇宙起源的認(rèn)識，已經(jīng)能追溯到10-3秒，也就是毫秒級別了。
“現(xiàn)在的宇宙是一個暗能量主導(dǎo)的宇宙?！睆埥苷f到。他還現(xiàn)場分享了一張現(xiàn)今觀察到的宇宙微波背景輻射標(biāo)志著通過電磁信號能看到最古老的宇宙圖像。到了大爆炸后2億年，在暗物質(zhì)的幫助下第一代恒星在黑暗時代中形成。宇宙從大爆炸開始，走過由輻射主導(dǎo)、物質(zhì)主導(dǎo)到暗能量主導(dǎo)的不同階段，終于在10億年后誕生了第一代星系。
神秘的暗物質(zhì)和暗能量是什么？張杰說：“今天宇宙中95%的物質(zhì)存在形式是高能量密度狀態(tài)，黑洞、反物質(zhì)和暗物質(zhì)等宇宙的未知部分都是這種狀態(tài)的物質(zhì)?！?/p>
這種物態(tài)有多極端？所謂高能量密度狀態(tài)與普通物質(zhì)狀態(tài)的交界在1百萬大氣壓，1百萬大氣壓相當(dāng)于將2艘056A-輕護(hù)艦壓在面積為2㎝²的拇指上的壓強(qiáng)。如今，科學(xué)家們的研究的能量密度范圍是從400萬大氣壓到3500億大氣壓。3500億大氣壓壓強(qiáng)相當(dāng)于將10000艘遼寧艦壓在拇指上。
我國探索早期宇宙站在世界最前沿
1054年，北宋天文學(xué)家楊惟德觀察到金牛座蟹狀星云SN1054，是人類第一次觀測到超新星爆發(fā)。2022年7月，詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡公布第一批照片位于飛魚座的星系團(tuán)SMACS 0723，已經(jīng)距離地球46億光年。
從楊惟德肉眼觀察到韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，在人類探索早期宇宙本源的過程中，我國做出了重要貢獻(xiàn)，以李政道研究所（簡稱“李所”）科學(xué)家為代表的中國科學(xué)家已經(jīng)站在了世界的最前沿。
李所的景益鵬團(tuán)隊(duì)獲得了最大的星系弱引力透鏡樣本（3億）、最大的星系群樣本（9700萬）、最精確的銀河系暗物質(zhì)分布與質(zhì)量測量。如今，人類已經(jīng)可以知道暗物質(zhì)和暗能量在宇宙的演化中起到了重要作用，在宇宙里，重子物質(zhì)只占5%，暗物質(zhì)占23%，暗能量占72%，雖然我們尚不知道它們的本質(zhì)。
李所的季向東、劉江來團(tuán)隊(duì)在四川錦屏深地實(shí)驗(yàn)室先后建成三代PandaX液氙實(shí)驗(yàn)，高靈敏度搜尋暗物質(zhì)，多次獲得探測靈敏度國際領(lǐng)先的結(jié)果。這個實(shí)驗(yàn)室建在地下2400米深處，研究人員在里面度過了無數(shù)個日日夜夜，他們甚至連見太陽的時間都屈指可數(shù)。
傳統(tǒng)上人類利用電磁波進(jìn)行天文觀測，后來中微子和引力波提供了新的觀測手段，于是多種觀測手段聯(lián)合觀測構(gòu)成了多信使天文學(xué)。在這一領(lǐng)域，李所徐東蓮團(tuán)隊(duì)正在實(shí)施“海鈴計(jì)劃”，建設(shè)中國南海深海中微子望遠(yuǎn)鏡，通過捕捉高能天體中微子來探索極端宇宙。2021年9月消息，海試團(tuán)隊(duì)成功在預(yù)定海域布放數(shù)套自研實(shí)驗(yàn)儀器并采集到珍貴數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)驗(yàn)證了預(yù)選海域作為中微子望遠(yuǎn)鏡候選臺址的可行性。
傳統(tǒng)上天文學(xué)為觀測科學(xué)，而非實(shí)驗(yàn)科學(xué)，科學(xué)家們利用高能量密度激光實(shí)現(xiàn)了天文學(xué)從觀測走向?qū)嶒?yàn)。張杰領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)利用強(qiáng)激光，成功模擬了太陽耀斑中的磁重聯(lián)噴流及環(huán)頂X射線源、黑洞周邊的光電離、超新星遺跡無碰撞沖擊波等天體或天文現(xiàn)象，并進(jìn)行了深入研究。
“宇宙中95%的物質(zhì)存在形式是高能量密度狀態(tài)，對高能量密度物理過程的探索將為人類了解更加廣闊的宇宙打開一扇大門，更加豐富多彩的未來世界已然出現(xiàn)我們眼前?！睆埥苋缡钦f道。
對未知的好奇心是做科研的重要素質(zhì)
兒時萌生科學(xué)興趣，探索科學(xué)奧秘，樂此不疲；專注研究激光聚變，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)不斷攻克難關(guān)，挑戰(zhàn)人類認(rèn)知極限；重視課堂教學(xué)，融合最前沿學(xué)科知識，點(diǎn)燃學(xué)生對科研的熱情……在科研的道路上，張杰前行的動力，源自對科學(xué)的熱愛和對未知的好奇，一步一個腳印，詮釋了逐夢科學(xué)的真諦。
在張杰看來，科學(xué)研究最重要的就是興趣。永葆好奇心，是科學(xué)家面對任何難題都永不言棄的動力，也是科學(xué)家不斷攀登科學(xué)高峰的底氣。在聽眾問答環(huán)節(jié)，有位學(xué)生問起張杰，做科研最重要的經(jīng)驗(yàn)是什么？張杰這樣回答：“人類和動物最重要的區(qū)別，是人類有夢想，動物沒有夢想。人類在幾十萬年的演化過程中，形成了把探索未知的好奇心作為非常重要的激勵手段的遺傳基因。當(dāng)我們探索未知的奧秘的時候，我們神經(jīng)系統(tǒng)會產(chǎn)生令人興奮的多巴胺，而多巴胺就是快樂的來源。所以，發(fā)現(xiàn)問題、找到問題，鍥而不舍地進(jìn)行研究，充滿夢想地追尋下去，這是做科學(xué)研究非常重要的素質(zhì)?！?/p>
在講座上，張杰還分享了自己一個成長故事。他說：“我在很小的時候，我爸爸帶著我做孵小雞的實(shí)驗(yàn)就失敗了，長大了以后我又經(jīng)歷過很多次的失敗。但是，你在年輕的時候多一些失敗，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)比你多一些成功更重要。你從一個失敗的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中所能夠?qū)W習(xí)到的東西，要比從一個成功的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中能學(xué)習(xí)到的東西多得多，所以大家一定要珍惜每一次失敗?！?/p>
最后，張杰引用著名物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎獲得者李政道先生的一句名言來結(jié)束了這次分享：“在宇宙中，地球和人類都是偶然的存在。但是正是由于宇宙中有地球和人類，我們這個宇宙才變得如此美麗、如此有科學(xué)精神與人文情懷。”
深圳大學(xué)校長、中國科學(xué)院院士毛軍發(fā)表示，基礎(chǔ)科學(xué)是技術(shù)進(jìn)步的引領(lǐng)者，強(qiáng)大的基礎(chǔ)科學(xué)研究是建設(shè)世界科技強(qiáng)國的基石，扎實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)也是我們培養(yǎng)優(yōu)秀創(chuàng)新型人才的首要前提。因此深圳大學(xué)“十四五”規(guī)劃也明確提出堅(jiān)定實(shí)施基礎(chǔ)學(xué)科厚植計(jì)劃，不斷加強(qiáng)數(shù)、理、化、生等基礎(chǔ)學(xué)科建設(shè)，從國家迫切需要和長遠(yuǎn)需求出發(fā)，進(jìn)一步加強(qiáng)基礎(chǔ)研究前瞻部署，大力推動基礎(chǔ)學(xué)科向一流學(xué)科目標(biāo)加速崛起。
“來深大后我曾多次提出要營造更加濃厚的學(xué)術(shù)氛圍，舉辦‘大師面對面’系列講座的目的正在于此?！泵姲l(fā)說，“這個活動要堅(jiān)持下去，做成一個學(xué)術(shù)交流的平臺，一個有影響力的品牌。”
（宣傳部）
個人簡介
張杰，1958年出生，著名物理學(xué)家，曾任上海交通大學(xué)校長（2006年至2017年）。他是中國科學(xué)院院士、德國國家科學(xué)院院士、發(fā)展中國家科學(xué)院院士、英國皇家工程院外籍院士、美國國家科學(xué)院外籍院士?，F(xiàn)任中國物理學(xué)會理事長，李政道研究所所長，曾任中國科學(xué)院副院長。
張杰主要從事高能量密度物理前沿研究。2006年，48歲的張杰就任上海交通大學(xué)校長，是新中國成立以來上海交大最年輕的校長。在任職交大校長的10年間，張杰在在大學(xué)治理和大學(xué)教育方面做出了重要貢獻(xiàn)。他在上海交通大學(xué)實(shí)施了一系列意義深遠(yuǎn)的改革，推進(jìn)了學(xué)校的全面快速發(fā)展。他提出并實(shí)踐了以人為本的“制度激勵”大學(xué)治理理念；引育并舉，構(gòu)建世界一流的師資隊(duì)伍；建立知識探究、能力建設(shè)、人格養(yǎng)成“三位一體”的創(chuàng)新型領(lǐng)袖人才培養(yǎng)體系；推動面向世界科技前沿、面向國家重大戰(zhàn)略需求的科學(xué)研究。在他和全體交大師生的努力下，交大獲得了高質(zhì)量的快速發(fā)展，成功躋身世界一流大學(xué)的行列。
在科研方面，他與科研團(tuán)隊(duì)研制了超短脈沖高能電子衍射與成像裝置，實(shí)現(xiàn)了亞毫埃級的結(jié)構(gòu)變化解析能力，并將超快電子衍射的時間分辨率提高到優(yōu)于50飛秒，刷新了世界紀(jì)錄。去年，張杰獲得2021年未來科學(xué)大獎“物質(zhì)科學(xué)獎”。
