一起“星际穿越”！著名物理学家张杰做客深圳大学讲宇宙起源

　　两千五百年前，屈原一篇《天问》发出了中国人追寻宇宙奥妙的千年之叹：“遂古之初、谁传道之，上下未形，何由考之……”

　　2022年7月，詹姆斯韦伯太空望远镜公布第一批宇宙照片，人类的目光到达了距离地球46亿光年的遥远距离……然而宇宙对人类来说仍然充满了无数谜团，其中排在最前列的肯定是宇宙的起源。

　　138亿年前的宇宙大爆炸后发生了什么？如今人类探索宇宙本源的极限在哪里？人类离揭开暗物质的秘密还有多远？

　　11月17日，深圳大学汇星楼一号报告厅座无虚席，著名物理学家、李政道研究所所长、五院院士、上海交通大学原校长张杰出现在“大师面对面”讲座上，用一场精彩的学术报告，带现场的师生“穿越”138亿年的时空之旅，分享了关于宇宙物质起源与演化最前沿的科学发现与思考。

　　

　　张杰

　　张杰简介

　　张杰，1958年出生，著名物理学家，曾任上海交通大学校长（2006年至2017年）。他是中国科学院院士、德国国家科学院院士、发展中国家科学院院士、英国皇家工程院外籍院士、美国国家科学院外籍院士。现任中国物理学会理事长，李政道研究所所长，曾任中国科学院副院长。

　　张杰主要从事高能量密度物理前沿研究。2006年，48岁的张杰就任上海交通大学校长，是新中国成立以来上海交大最年轻的校长。在任职交大校长的10年间，张杰在在大学治理和大学教育方面做出了重要贡献。他在上海交通大学实施了一系列意义深远的改革，推进了学校的全面快速发展。在科研方面，他与科研团队研制了超短脉冲高能电子衍射与成像装置，实现了亚毫埃级的结构变化解析能力，并将超快电子衍射的时间分辨率提高到优于50飞秒，刷新了世界纪录。去年，张杰获得2021年未来科学大奖“物质科学奖”。

　　人类观察宇宙本源的极限已经到了毫秒级

　　张杰的讲座从屈原名篇《天问》开始，“遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？”“天问”所代表的，是中国人追寻宇宙奥妙的千年之叹，是数千年来探索无穷远方的不懈努力。从古至今，世人对宇宙的追问从未停止。

　　以138亿年前的宇宙大爆炸为开端，张杰梳理了物质的起源与演化过程。如今科学界的主流观点认为，宇宙大爆炸发生在10-43秒以内，被称为普朗克时代。在10-43秒至10-35秒时宇宙进入了暴涨时代，从10-35秒至10-3秒宇宙进入了轻子时代。目前，人类对宇宙起源的认识，已经能追溯到10-3秒，也就是毫秒级别了。

　　“现在的宇宙是一个暗能量主导的宇宙。”张杰说到，他还现场分享了一张现今观察到的宇宙微波背景辐射标志着通过电磁信号能看到最古老的宇宙图像。到了大爆炸后2亿年，在暗物质的帮助下第一代恒星在黑暗时代中形成。宇宙从大爆炸开始，走过由辐射主导、物质主导到暗能量主导的不同阶段，终于在10亿年后诞生了第一代星系。

　　神秘的暗物质和暗能量是什么？张杰说：“今天宇宙中95%的物质存在形式是高能量密度状态，黑洞、反物质和暗物质等宇宙的未知部分都是这种状态的物质。”

　　这种物态有多极端？所谓高能量密度状态与普通物质状态的交界在1百万大气压，1百万大气压相当于将2艘 056A-轻护舰压在面积为2㎝2的拇指上的压强。如今，科学家们的研究的能量密度范围是从400万大气压到3500亿大气压。3500亿大气压压强相当于将10000艘辽宁舰压在拇指上。

　　

　　现场互动

　　我国探索早期宇宙站在世界最前沿

　　1054年，北宋天文学家杨惟德观察到金牛座蟹状星云SN1054，是人类第一次观测到超新星爆发。2022年7月，詹姆斯韦伯太空望远镜公布第一批照片位于飞鱼座的星系团SMACS 0723，已经距离地球46亿光年。

　　张杰介绍，从杨惟德肉眼观察到韦伯太空望远镜，在人类探索早期宇宙本源的过程中，我国做出了重要贡献，以李政道研究所（简称“李所”）科学家为代表的中国科学家已经站在了世界的最前沿。

　　李所的景益鹏团队获得了最大的星系弱引力透镜样本（3亿）、最大的星系群样本（9700万）、最精确的银河系暗物质分布与质量测量。如今，人类已经可以知道暗物质和暗能量在宇宙的演化中起到了重要作用，在宇宙里，重子物质只占5%，暗物质占23%，暗能量占72%，虽然我们尚不知道它们的本质。

　　李所的季向东、刘江来团队在四川锦屏深地实验室先后建成三代PandaX液氙实验，高灵敏度搜寻暗物质，多次获得探测灵敏度国际领先的结果。这个实验室建在地下2400深处，研究人员在里面度过了无数个日日夜夜，他们甚至连见太阳的时间都屈指可数。

　　传统上人类利用电磁波进行天文观测，后来中微子和引力波提供了新的观测手段，于是多种观测手段联合观测构成了多信使天文学。在这一领域，李所徐东莲团队正在实施“海铃计划”，建设中国南海深海中微子望远镜，通过捕捉高能天体中微子来探索极端宇宙。2021年9月消息，海试团队成功在预定海域布放数套自研实验仪器并采集到珍贵数据，这些数据验证了预选海域作为中微子望远镜候选台址的可行性。

　　传统上天文学为观测科学，而非实验科学，科学家们利用高能量密度激光实现了天文学从观测走向实验。张杰领衔的团队利用强激光，成功模拟了太阳耀斑中的磁重联喷流及环顶X射线源、黑洞周边的光电离、超新星遗迹无碰撞冲击波等天体或天文现象，并进行了深入研究。

　　“宇宙中95%的物质存在形式是高能量密度状态，对高能量密度物理过程的探索将为人类了解更加广阔的宇宙打开一扇大门，更加丰富多彩的未来世界已然出现我们眼前。”张杰如是说。

　　

　　张杰与毛军发

　　对未知的好奇心是做科研的重要素质

　　儿时萌生科学兴趣，探索科学奥秘，乐此不疲；专注研究激光聚变，带领团队不断攻克难关，挑战人类认知极限；重视课堂教学，融合最前沿学科知识，点燃学生对科研的热情……在科研的道路上，张杰前行的动力，源自对科学的热爱和对未知的好奇，一步一个脚印，诠释了逐梦科学的真谛。

　　在他看来，科学研究最重要的就是兴趣。永葆好奇心，是科学家面对任何难题都永不言弃的动力，也是科学家不断攀登科学高峰的底气。

　　在听众问答环节，有位学生问起张杰，做科研最重要的经验是什么？张杰回答道：“人类和动物最重要的区别，是人类有梦想，动物没有梦想。人类在几十万年的演化过程中，形成了把探索未知的好奇心作为非常重要的激励手段的遗传基因。当我们探索未知的奥秘的时候，我们神经系统会产生令人兴奋的多巴胺，而多巴胺就是快乐的来源。所以，发现问题、找到问题，锲而不舍地进行研究，充满梦想地追寻下去，这是做科学研究非常重要的素质。”

　　讲座上，张杰还分享了自己一个成长故事。他说：“我在很小的时候，我爸爸带着我做孵小鸡的实验就失败了，长大了以后我又经历过很多次的失败。但是，你在年轻的时候多一些失败，要远远比你多一些成功更重要。你从一个失败的实验当中所能够学习到的东西，要比从一个成功的实验当中能学习到的东西多得多，所以大家一定要珍惜每一次失败。”

　　新闻+

　　毛军发：深大将大力推动基础学科向一流学科目标加速崛起

　　深圳大学校长、中国科学院院士毛军发主持了这次报告会。毛军发表示，基础科学是技术进步的引领者，强大的基础科学研究是建设世界科技强国的基石，扎实的数理基础也是我们培养优秀创新型人才的首要前提。因此深圳大学“十四五”规划也明确提出坚定实施基础学科厚植计划，不断加强数、理、化、生等基础学科建设，从国家迫切需要和长远需求出发，进一步加强基础研究前瞻部署，大力推动基础学科向一流学科目标加速崛起。

　　“来深大后我曾多次提出要营造更加浓厚的学术氛围，举办‘大师面对面’系列讲座的目的正在于此。”毛军发说，“这个活动要坚持下去，做成一个学术交流的平台，一个有影响力的品牌。”

　　深圳市政协原主席戴北方，中国工程院院士范滇元，深圳大学副校长徐晨、李永华出席报告会。

　　【记者】孙颖

　　【作者】 孙颖

　　【来源】 南方报业传媒集团南方+客户端