李菂：打破邊界

楊智杰

李菂

與李菂的聊天不用擔(dān)心冷場，他愿主動開啟一個話題。采訪還沒開始，他先遞來一個信封，里面是四張關(guān)于“中國天眼（FAST）”的紀(jì)念卡片。2021年以來，李菂團隊分別借用《千里江山圖》《富春山居圖》《洛神賦》和《故宮圖冊》的意境，記錄FAST的主要成績。仿王希孟的《千里江山圖》的一張最為知名，這是為了紀(jì)念團隊在2019年探測到數(shù)以千計的快速射電暴FRB121102。

快速射電暴，是目前已知的宇宙中射電波段最明亮的爆發(fā)現(xiàn)象，持續(xù)時間大約只有千分之一秒。這幅仿《千里江山圖》中，起源未知的快速射電暴脈沖，跨越星系際，“漂流”進“中國天眼”，化作江河形狀。水流每一個波動起伏，都來自于天眼真實的脈沖信號，層巒起伏的山脈，是觀測到的不同時段快速射電暴爆發(fā)的數(shù)量。

李菂是中國科學(xué)院國家天文臺FAST首席科學(xué)家，今年51歲，不似人們印象中科學(xué)家正統(tǒng)、嚴(yán)肅的形象。他在國家天文臺只是研究員，沒有行政職務(wù)。一人間的辦公室，有小沙發(fā)、茶幾、寫字的白板、半人高的冰箱、書桌。白板上寫滿計算公式，但旁邊的冰箱上貼滿冰箱貼。書架上，王小波、夏目漱石、余秀華的作品和《普通天體物理學(xué)》《恒星的形成》擺在一起，展示柜陳列著動物木雕、貝殼、海螺等，記錄他不同階段的足跡。

他從不會只談科學(xué)，話題涉獵很廣，可以從電影聊到直播、考古以及美食，他喜歡在PPT中使用趙孟頫的字體。他也會看科幻小說，最喜歡的作品是《銀河帝國》和《三體》，特別是后者。2023年10月，他參加世界科幻大會，遇到劉慈欣，他會跟大劉合照?？磿鴷r，他不會糾結(jié)太陽能不能發(fā)送引力波信號這類問題?！翱苹玫暮诵牟皇强?，而是幻，我不會刻意去找bug破環(huán)了享受‘幻’的樂趣?！崩钋呎f。

但讓李菂投入精力最多的還是FAST。FAST全稱500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，坐落在貴州，形似一口大鍋，是全世界最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，也是中國國民度最高的大科學(xué)裝置。據(jù)李菂介紹，F(xiàn)AST在正式運行的近3年時間內(nèi)，已承擔(dān)超過400個觀測項目，來自超過30個國家的首席科學(xué)家參與其中，誕生了一系列重要成果，包括九篇《自然》、兩篇《科學(xué)》、相關(guān)成果連續(xù)兩年入選中國科學(xué)十大進展。

問及為何FAST近幾年系統(tǒng)性地產(chǎn)出成果，李菂在接受采訪時，多次用“我們運氣比較好”解釋。FAST的概念在1994年被已故的中國天文學(xué)家南仁東提出，2011年項目開工，2016年落成，2020年通過國家驗收，開始常規(guī)運行。

天文學(xué)是建立在觀測基礎(chǔ)上的學(xué)科，某種程度上，F(xiàn)AST產(chǎn)出大成果是“可預(yù)知的”。其靈感源自于美國的阿雷西博望遠(yuǎn)鏡，建設(shè)于1963年，口徑305米，在FAST落成前一直是世界上最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，擁有一系列載入教科書級別的發(fā)現(xiàn)。它曾探測出世界第一例雙中子星，這一發(fā)現(xiàn)獲得了1993年諾貝爾物理學(xué)獎，此外它還首次發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星、太陽系外的行星系統(tǒng)。巧合的是，在FAST正式運行的2020年，阿雷西博望遠(yuǎn)鏡因年久失修坍塌， FAST失去了最強勁的對手。而下一個“勁敵”——由中國在內(nèi)的全球十多個國家合建的超級大科學(xué)裝置“平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（SKA）”，2021年才開工。這意味著，F(xiàn)AST在未來10年都將處于國際領(lǐng)先地位。李菂這一代天文研究者，幸運地趕上了窗口期。

另一個好運是，快速射電暴（FRB）是當(dāng)今最熱門的天文前沿領(lǐng)域之一，F(xiàn)AST恰逢趕上研究的時機?？焖偕潆姳┮淮伪l(fā)的原始能量，理論上夠人類社會用一萬億年。但直到2007年，人類才知道它的存在，但僅爆發(fā)一次后便無蹤跡。2015年，阿雷西博望遠(yuǎn)鏡捕獲第一例重復(fù)快速射電暴FRB121102——李菂介紹，“121102”這一串?dāng)?shù)字，代表這一信號出現(xiàn)的時間，即2012年11月2日。但直到現(xiàn)在，人們?nèi)圆恢揽焖偕潆姳┑男再|(zhì)、物理機制以及真正的起源，這吸引全球天文學(xué)家投入研究。

“基礎(chǔ)研究有它的特性，一開始要坐很長時間的冷板凳，或者獲得的正反饋沒有那么多。你最初對它的好奇心和興趣，是決定未來能走多遠(yuǎn)的至關(guān)重要的因素?！?/p>

2023年，李菂曾參加一次民間科學(xué)獎項的申請，一位評委提到，他們在函評環(huán)節(jié)收到一類有代表性的意見，直言李菂團隊的研究成果，都來自于FAST，因此相關(guān)榮譽和功勞，應(yīng)該給“天眼之父”南仁東。這個問題很尖銳，但李菂的回答是，“當(dāng)然是這樣。在觀測天文學(xué)領(lǐng)域，沒有先進的設(shè)備，肯定做不出成績，天眼的功勞，當(dāng)然主要歸功于老一代前輩?！彼谒泄_演講中，都會強調(diào)以南仁東為代表的幾代人對于FAST的重要性。作為有機會使用FAST的學(xué)者，李菂認(rèn)為，他們是這一大科學(xué)裝置的建設(shè)者，也是受益者，“在正確的時間，在正確的位置，盡可能把它用到最好”。

王培是中國科學(xué)院國家天文臺副研究員，2014年博士畢業(yè)后加入李菂的研究團隊，共同參與脈沖星系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)、快速射電暴研究等多項前沿研究。在王培看來，F(xiàn)AST能在快速射電暴領(lǐng)域有突出表現(xiàn)，的確有偶然性，多數(shù)快速射電暴只爆炸一次，捕捉它，要靠運氣。但在他看來，作為FAST首席科學(xué)家，李菂敏銳的學(xué)術(shù)判斷力也起到關(guān)鍵作用，“他可以從學(xué)科發(fā)展規(guī)律上，把握我們應(yīng)利用FAST做哪些研究，才能在未來5到10年保持世界領(lǐng)先，他對我們來說更像是一個旗艦掌舵者，把握學(xué)科發(fā)展的方向”。

2017年，“中國天眼”首席科學(xué)家、總工程師南仁東因肺癌去世。2018年，李菂接棒FAST首席科學(xué)家。實際上，最初幾年，也是李菂壓力最大的階段。盡管2017年，國家天文臺已利用FAST第一次探測到脈沖星，意味著中國射電波段的大科學(xué)裝置具備系統(tǒng)產(chǎn)生原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)的性能，但它尚未正式通過驗收。李菂面臨兩大壓力：一是FAST何時能有重大發(fā)現(xiàn)；另一個是，國內(nèi)外的用戶會將FAST與國際上的望遠(yuǎn)鏡對比，“他們是按照運動員的要求進行評價，更苛刻”。王培注意到，李菂當(dāng)時并沒有把壓力傳導(dǎo)至團隊，但李菂的頭發(fā)在那段時間白得最快。

FAST的五大科學(xué)目標(biāo)在建設(shè)之初已被明確，包括巡視宇宙中性氫、觀測脈沖星、搜索地外文明信號等。2019年，李菂團隊在50天內(nèi)，意外探測到1652次FRB121102的爆發(fā)事件，超過此前快速射電暴領(lǐng)域所有文章發(fā)表的爆發(fā)事件總量?！爱?dāng)時還在FAST的調(diào)試期，我們看到這個數(shù)據(jù)都不敢相信，甚至懷疑是不是做錯了?！蓖跖嘣诮邮堋吨袊侣勚芸凡稍L時說。也在那時，李菂意識到，原來FAST對極端活躍的重復(fù)快速射電暴，探測靈敏度非常高。王培提到，他們自此開始有規(guī)劃地關(guān)注快速射電暴。

2020年5月，李菂團隊在《自然》雜志上發(fā)表了迄今為止唯一一例持續(xù)活躍的重復(fù)快速射電暴FRB 20190520B，并找到其持續(xù)射電源對應(yīng)體，為人們理解這一宇宙神秘現(xiàn)象打下基礎(chǔ)，也是FAST后續(xù)多項研究的基礎(chǔ)。王培解釋，F(xiàn)AST是多科學(xué)目標(biāo)巡天，團隊肯定會挖掘這些數(shù)據(jù)，“但大家有了之前的探測經(jīng)驗，當(dāng)我們看到2019年5月20日的數(shù)據(jù)時，會很快注意到它是特殊的，這才會有后續(xù)深入的挖掘，否則很有可能就把它當(dāng)做普通的東西丟在一邊了”。

2022年以來，李菂團隊持續(xù)對快速射電暴的起源與演變進行研究。2023年5月，國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表了圍繞“中國天眼”發(fā)現(xiàn)的最新成果，李菂組織的國際團隊，通過對快速射電暴FRB 20190520B持續(xù)17個月的長期監(jiān)測，揭示了快速射電暴可能的雙星起源。

2020年之前，F(xiàn)AST在調(diào)試期，作為建設(shè)者，李菂時常往返于貴州和北京間。2020年1月11日，F(xiàn)AST通過國家驗收，李菂的身份從工程師轉(zhuǎn)變?yōu)樘煳挠^測者?！拔覀兓氐搅艘痪€科學(xué)家的自然狀態(tài)，每天有各種各樣的數(shù)據(jù)要監(jiān)測和分析，有文章要改，只需要考慮如何做出超越性的研究?！崩钋呎f。也是從2020年開始，趕上周末不出差，李菂會在微信上臨時組局，請組內(nèi)的研究員、博士后和學(xué)生在北京探店、喝咖啡?！芭R時”是有意為之，李菂不想讓這個局成為領(lǐng)導(dǎo)的硬性任務(wù)，當(dāng)天問，只有真正有空的人才會出來。

喝咖啡并不純粹是為了休閑娛樂。上班時，大家在一起多是開組會，李菂日程安排得緊張，難有時間在學(xué)術(shù)上自由討論。組咖啡局時，大家都背著電腦，喝著咖啡，李菂會給學(xué)生改論文，或者來一場“coffee chat”，聊天散漫，一坐便是一下午。

不同于其他學(xué)科，人類對浩瀚的宇宙仍知之甚少。王培向《中國新聞周刊》形容，射電望遠(yuǎn)鏡，是另一種“感官的延伸”，幫助人類去看人眼看不到、但思維可以觸達的地方，觀測宇宙不同階段的演化過程。射電望遠(yuǎn)鏡每觀測一次，相當(dāng)于對天體輻射的電磁波進行一次的完整采樣，所得數(shù)據(jù)中，99.99％可能都是噪聲。如何從噪聲中剝離出有價值的信號，要有好的觀測工具和技術(shù)，更重要的是，研究者要提出一個好的想法或問題，這比解決10個普通問題更重要。

每次聚會前，王培都會整理一些最近想做卻沒有做、或看上去“不靠譜的想法”，在一個“不靠譜的時間和地點”，跟李菂簡述，看是否可行。王培提到，天體物理的關(guān)鍵在于如何把一個問題想明白。李菂跟大家交往沒有架子，愿意跟團隊年輕人平等交流。有時候，李菂也會分享他在研究中的思考或在國外交流的見聞，話題很發(fā)散。但王培也注意到，有時候大家提到的想法確實很好，他們會記下來，正式調(diào)研可行性。

在李菂看來，國內(nèi)缺乏在非嚴(yán)肅的場合討論學(xué)術(shù)的輕松氛圍，他也有意識想打破沉悶的學(xué)術(shù)研究邊界，把同事中拉到真實生活中，這可能會產(chǎn)生更有效的思想碰撞。目前，他們團隊不少創(chuàng)新探索或發(fā)表的成果，都和當(dāng)時的討論息息相關(guān)，其中包括“宇宙觸角”。

12月15日，《中國新聞周刊》在李菂辦公室采訪時注意到，茶幾上擺著一個3D打印模型，據(jù)介紹，這是其團隊最新構(gòu)想的一種非典型“望遠(yuǎn)鏡”。這一“望遠(yuǎn)鏡”外形不像熟悉的“太陽灶”，而是一個平臺上有多個“觸角”，它實際上由鐵絲網(wǎng)構(gòu)成，每一個“觸角”相當(dāng)于一個天線接收單元，李菂稱其為“宇宙觸角”，目前還在概念設(shè)計初期。傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡只能接收固定方向的光，但鐵絲網(wǎng)接收的光照可以來自各個方向，它的優(yōu)勢在于，當(dāng)“宇宙觸角”布局足夠多，它探測到快速射電暴的數(shù)量也可能會超越“天眼”。王培記得，2023年年中，大家原本只是想在FAST的基礎(chǔ)上更新設(shè)備，聊到技術(shù)方案，大家提到能否改變望遠(yuǎn)鏡的外形，又發(fā)散到算力并網(wǎng)、超算中心等國內(nèi)產(chǎn)業(yè)新趨勢，最終想出了一個全新的概念。

在王培看來，李菂在研究中也從不給自己設(shè)限，總是在超越原有領(lǐng)域，尋找新的目標(biāo)。在美國讀研究生期間，他的導(dǎo)師幾乎從不限制他，任由他根據(jù)興趣和好奇心自由探索。加入FAST之前，李菂在美國射電天文領(lǐng)域已有建樹。2002年，李菂從美國康奈爾大學(xué)博士畢業(yè)后，先后在美國哈佛—史密松森天體物理中心做天文學(xué)者，在美國宇航局和加州理工學(xué)院做研究員。他原創(chuàng)過一種宇宙氫的全新觀測方式，2010年，因?qū)κ澜缱畲罂臻g望遠(yuǎn)鏡赫歇爾望遠(yuǎn)鏡的貢獻，獲得美國宇航局優(yōu)秀團隊獎，成為該團隊獎獲得者中唯一的中國籍科學(xué)家。

2002年，剛畢業(yè)的李菂在國內(nèi)開會時遇到南仁東，主動詢問FAST籌建是否需要年輕科學(xué)家加入，當(dāng)時遭到南仁東的拒絕?！八f你別回來，你這種在國外現(xiàn)在就是充電，你回來就是放電，所以你還是回去接著充電。”李菂說。2008年，李菂被中國科學(xué)院聘為兼職FAST項目科學(xué)家，2012年回國，加入國家天文臺，參與FAST建設(shè)。研究快速射電暴前，李菂主要研究方向是分子譜線的射電觀測，研究恒星形成?？焖偕潆姳┑阮I(lǐng)域與之相比，都用射電望遠(yuǎn)鏡觀測，但兩者研究的自由度、關(guān)注的對象、所處理的數(shù)據(jù)也完全不同，需要研究者付出巨大的努力。

經(jīng)歷了FAST探測到FRB121102和FRB20190520B兩大里程碑事件后，李菂團隊更清楚自己的優(yōu)勢，以及未來應(yīng)做什么研究。2021年以來，王培發(fā)覺，李菂思維的“迭代速度”在明顯變快?？焖偕潆姳┳鳛樾屡d領(lǐng)域，國際同行競爭激烈。想要研究它，大致有三個階段：一是先發(fā)現(xiàn)數(shù)量足夠多的快速射電暴，二是在此基礎(chǔ)上深入觀測，最后去尋找它的定位。這三步中，F(xiàn)AST因高靈敏度、觀測距離遠(yuǎn)，與其他望遠(yuǎn)鏡相比，只在第二個環(huán)節(jié)有優(yōu)勢。用王培的話說，“中國的相關(guān)研究沒有形成閉環(huán)”，想要長期發(fā)展，需要把其他兩步補齊。

“宇宙觸角”能捕獲信號的效率遠(yuǎn)超“天眼”，是李菂近期研究的重點方向之一。但另一面，它需要的計算量巨大，要結(jié)合大型智能計算。李菂會推薦同事走出本專業(yè)，去和超算領(lǐng)域的專家學(xué)者交流和合作。王培提到，目前，這種靈活的合作方式，逐漸成為了團隊的風(fēng)格。為了解密快速射電暴的來源與特性，他們還會跟高能物理、等離子體物理等其他學(xué)科的專家合作。

作為天體物理學(xué)家，李菂記不住天上有多少星座，讓他著迷的是探求宇宙演變機制。“我們所做的事，不光是領(lǐng)先世界，而且是領(lǐng)先全人類。在天文這種‘遠(yuǎn)離現(xiàn)實’的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，只有人類迄今為止沒有做過的事情，才是值得做的事情?！?/p>

在他看來，做好一件事情有兩個前提：熱愛，擅長做。兩者的順序不能調(diào)換?！耙粋€人如果對一件事足夠感興趣，未來會擅長做它。但如果一個人只會編程和計算，對天體物理沒太大興趣，寫論文都會痛苦?！薄盎A(chǔ)研究有它的特性，一開始要坐很長時間的冷板凳，或者獲得的正反饋沒有那么多。你最初對它的好奇心和興趣，是決定未來能走多遠(yuǎn)的至關(guān)重要的因素?！崩钋厡Α吨袊侣勚芸氛f。

他是“中國天眼”的建設(shè)者，更是這一大國重器科學(xué)目標(biāo)的掌舵人。他帶領(lǐng)團隊探索億萬光年外的宇宙深處，解析恒星的形成，被稱為世界上望得最遠(yuǎn)的“科學(xué)天團”。該團隊的成果連續(xù)兩年入選中國科學(xué)十大進展，也讓中國在射電天文學(xué)這一前沿領(lǐng)域躍居國際第一梯隊。他堅信好奇心是科研的原動力，基礎(chǔ)研究并非一定是為了“有用”。置身天文學(xué)這一古老又現(xiàn)代的領(lǐng)域，他致力于帶領(lǐng)團隊去拓展人類的認(rèn)知邊界。

中國科學(xué)院國家天文臺FAST首席科學(xué)家。2019年起，他帶領(lǐng)團隊在快速射電暴領(lǐng)域取得一系列突破性進展，相關(guān)研究連續(xù)兩年入選中國科學(xué)十大進展。