「慧眼」天文首席科學家：尋找宇宙中的「不常見」

來源：我是科學家iScientist

原標題：慧眼天文衛星首席科學家，尋找宇宙中的「沒缺陷不常見」

背著大雙肩背包擠地鐵，喜歡就著咖啡吃油條的天體物理學家張雙南，研究著黑洞為什麼「發脾氣」，以及美女為什麼美，有時也為引力波或者量子糾纏寫寫詩。

「因為很好玩唄。」這位56歲的中國科學院粒子天體物理重點實驗室主任在描述自己的研究與愛好時笑得很頑皮。

天體物理學家張雙南

張雙南的科學研究是通過天文觀測和理論計算來理解中子星、黑洞、星系、星系團以及宇宙演化，同時也研製空間天文儀器。他還力圖從美的角度闡釋科學，用科學的方法研究美。

張雙南身兼「天宮二號」伽馬暴偏振探測儀和硬X射線調製望遠鏡兩個重要項目的首席科學家，他還在計劃中國下一代X射線太空望遠鏡以及未來中國空間站上的天文觀測項目。

他的一天彷彿不止24個小時，了解他的同事評價他：勤奮。分不清辦公和業餘時間的張雙南總是把桌上的電腦架得高高的，站著辦公。這樣既治療腰椎間盤突出，又防止看東西犯困。

天體物理學家張雙南

宇宙中充滿意外

科學家能夠在銀河系內發現一種「脾氣暴躁」的黑洞要感謝醫生。

而實現這一跨界發現的正是張雙南。

張雙南1962年12月出生於河南確山縣城一個知識分子家庭。從小學到高中，他的學習成績一直非常優秀。1984年清華大學畢業後，張雙南考入中科院高能物理研究所讀碩士，他的指導老師是被譽為「中國居里夫人」的著名物理學家何澤慧院士和中國高能天體物理的開創者之一李惕碚院士。之後，他又到英國留學，博士畢業後到美國做博士後。

被譽為「中國居里夫人」的著名物理學家何澤慧院士。圖片來源：圖蟲創意

張雙南在美國做博士後期間從事的是粒子物理研究，1992年到NASA工作重返天體物理領域。由於他已經離開天文好幾年了，他的項目負責人就先讓他自己隨便搗鼓點東西試試。

由於在這之前張雙南還曾經申請過一家醫院的工作，他研究了醫生是如何得到醫學圖像的。在NASA，張雙南「搗鼓」的結果是發明了「地球掩食成像」技術，使用了醫學成像的專業軟體處理天體觀測數據，證明了這個方法非常有效。1994年，張雙南以第一作者把這個圖像處理方法的研究成果發表在權威學術刊物Nature上。「換一個行當的好處是，那個領域的人從來不這麼做事情。」

不按常理出牌的張雙南每天都用這個新方法分析伽馬射線天文衛星的數據，做出太空中伽馬射線源的天圖。「突然有一天，我發現天圖上出現了一個新的而且是當時太空中最明亮的伽馬射線天體，我感到極為震撼，立刻意識到這是一個重大發現。」張雙南發現的是銀河系內的第二個微類星體——一個7倍太陽質量、能產生噴流的「脾氣暴躁」的黑洞。

宇宙中充滿秘密。圖片來源：圖蟲創意

「如果當初在美國我去了醫院，現在工資可能非常高，哈哈。」其實當時張雙南有很多工作選擇，比如華爾街股票公司、石油公司、計算機公司，但他還是聽從了博士後導師的建議繼續從事科學研究。

後來張雙南和同事們又發現了幾個黑洞雙星系統，並獲得了NASA頒發的「集體成就獎」。1997年，張雙南和另外兩位華裔科學家崔偉、陳莞一起，提出了一個測量黑洞自轉的方法，並首先測量了一批黑洞的自轉，引起學術界的巨大興趣。

有的黑洞自轉，有的不自轉，而以前科學家不知道如何測量。學術界現在用來測量黑洞自轉的兩個方法之一是張雙南發明的。2000年，張雙南又以第一作者在美國的《科學》雜誌上發表了黑洞研究的成果。

「黑洞本身不發光，要了解黑洞都是通過它周圍物質的輻射來推斷黑洞的行為，往往會有意外的發現。黑洞不是一下子就能搞清楚的，這是很大的挑戰，也非常有趣，常常能帶來驚喜，這是我喜歡研究黑洞的原因。」張雙南說。

張雙南本想在NASA領導一個衛星項目，但是NASA不允許讓中國籍的科學家來負責重要項目，而他又一直沒有申請美國國籍。1998年，張雙南離開了NASA到阿拉巴馬大學工作。2002年，他曾經的導師、中科院院士李惕碚希望他能回國幫助研製中國第一枚空間望遠鏡——硬X射線調製望遠鏡，他便回國加入了李院士的團隊。

2017年6月15日我國成功發射硬X射線調製望遠鏡衛星「慧眼」。 圖片來源：圖蟲創意

《科學》雜誌的記者曾經在採訪中問張雙南為什麼回國，他回答說：「在國外的教科書上看不到中國科學家的貢獻，這讓我很難受，我要改變這種狀況。」

安裝在「天宮二號」上的伽馬暴偏振探測儀本是用來觀測宇宙伽馬暴和太陽耀斑高能輻射的。喜歡別出心裁的張雙南忽然有一天想到用伽馬暴偏振探測儀的數據去尋找蟹狀星雲中的脈衝星信號，團隊的幾個年輕人很快試了一下，結果竟成功了。

這是中國科學家第一次用自己製造並放置到太空中的天文儀器研究宋代中國人發現的超新星爆發遺留下來的脈衝星。30多年前，張雙南剛從大學畢業到高能物理所的這個實驗室做研究生，他所在的團隊曾經在中國第一次用高空氣球上的儀器探測到了這顆脈衝星的硬X射線輻射。

硬X射線調製望遠鏡從論證到立項經歷了曲折漫長的過程。10多年來，張雙南始終堅信衛星肯定能夠做成。在硬X射線調製望遠鏡的研製差不多完成時，經常突發奇想的張雙南給本來是為研究黑洞和中子星的衛星又添加了觀測伽馬暴的能力，讓這顆衛星的科學能力得到了顯著的拓展，這與他在NASA發明地球掩食成像方法異曲同工。

張雙南的幾位學生都提到，張老師思維活躍、興趣廣泛，往往能從看似平凡的觀測現象中，得到非凡的結果。他講解問題時邏輯性強，很專業的知識經他一解釋就很容易明白。他給予學生充分的學術自由，鼓勵學生多思考，多參加學術交流。

沒缺陷不常見

除了黑洞、中子星這些奇異的天體，張雙南也饒有興趣地研究美學。他對美的研究比研製衛星的歷史還要長。

上世紀80年代初，中國剛剛改革開放，中國人忽然知道有美學，都在討論誰是最美的。「有人說鄧麗君美，但有人認為她不夠美，我就在思考為什麼。」張雙南說。

鄧麗君。圖片來源：豆瓣電影

「美女美食美景，不同人的判斷標準是不一樣的，美學書里列舉很多美的事物，但是沒有回答為什麼同一樣東西有人覺得美有人覺得不美。作為學物理的，天生就喜歡刨根問底。我根深蒂固的理念就是所有事物和現象背後都有規律，我就在想審美是否有規律。」

慢慢地，張雙南總結出了美就是「沒缺陷不常見」。

「經常有很多人攻擊我的理論。他們說，哲學家2000多年沒有解決的問題，你怎麼可能用六個字來解答呢。每次有人攻擊我的理論，我就感到非常好玩。」

天體物理學家研究美學是如此與眾不同。他把歸納、證實、證偽，以及邏輯化、定量化的科學方法都運用上了。「我的美學是可以寫出公式做計算的，我叫做計量美學，這樣就可以有審美機器人啦。」

「我很認真地在想將來可以研製會審美的機器人。如果未來的機器人都不能區分美不美，這很無聊呀。我相信這個審美機器人最終會有巨大的商業應用價值，包括選美、選配偶、藝術設計、建築設計等等，希望有人感興趣投資這個項目。」張雙南說。

「我們的人生就是審美的人生，如果不是為了審美，如果沒有了希望，如果不是因為明天會比今天更美好，那我們還有什麼理由活下去呢？人生的目的不就是有一個更美好的未來嗎？」

張雙南認為，技術創新的目的就是彌補原有技術的缺陷從而發明不常見，而科學創新的目的是修補原有理論的缺陷從而發現不常見，因此科技創新本質上就是對美的追求。同時，科學探索充滿了意外，意外就是最大的不常見，這樣的科學成果最美！

對沒用的科學刨根問底

張雙南在繁忙的科研之餘常參與科普活動。在一些面向公眾的講座上，他從蘇格拉底講到愛因斯坦，從宇宙大爆炸講到引力波，旁徵博引、幽默詼諧地闡釋「美的科學」和「科學的美」。

張雙南演講：遇見科學之美。圖片來源：圖蟲創意

有人問他研究黑洞有什麼用，他回答：「我不知道，但是我想搞明白這個問題。」

「科學的目的既不是造福於人類，也不是危害人類。科學的目的是刨根問底，也就是發現各種規律。」張雙南說。

「科學在最初大部分都是沒用的，但是現在對我們的生活發生了巨大影響的技術卻都是來源於那些當初『最沒有用』的科學，因此現在『無用』的科學其實是最應該做的，但是由於『無用』，往往得不到支持，在中國尤其突出，因為在中國普遍不知道什麼是科學，誤以為有用的才是科學。儘管我們希望中國最終成為世界上科學研究領先的國家，但是這需要極長的過程。」

「科學研究是發現新的規律、新的現象，每一次研究取得進步，科學家都是第一個知道的人，當然也是第一個體會到科學之美的人，這就是科學研究帶給我的最大快樂。」張雙南說。

「天文研究中最有趣的發現都是意外的，除了帶領團隊承擔重大科學研究項目之外，我個人的科學研究就是想理解什麼就做什麼，我發表的大部分論文都是這麼來的。有人批評我這樣不能出重大成果，但是我就是喜歡這樣，好玩啊！」

網上有人提問張雙南「如果生命只剩下60秒，給此生留下的一句話是什麼」，他回答：「理解和試圖理解這個世界、這個世界的組成以及在這個世界上生活的人類真的是很好玩，我曾經樂此不疲，希望留下的你們也是如此。」

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