一起“星際穿越”，宇宙起源與演化的終極探索——張杰院士“大師課堂”《天問(wèn)：物質(zhì)的起源與演化》精彩開(kāi)講

作者：孫亦真

攝影：楊浦東

兩千三百年前，

屈原一篇《天問(wèn)》發(fā)出了中國(guó)人追尋宇宙奧妙的千年之嘆：

“遂古之初、誰(shuí)傳道之？上下未形，何由考之？”

138億年前的宇宙大爆炸后發(fā)生了什么？

如今人類(lèi)探索宇宙本源的極限在哪里？

人類(lèi)離揭開(kāi)暗物質(zhì)的秘密還有多遠(yuǎn)？

3月17日，在第39屆上海市青少年科技創(chuàng)新大賽閉幕式上，上海市科協(xié)主席、中國(guó)科學(xué)院院士張杰受邀為在座師生做講座報(bào)告——《天問(wèn)：物質(zhì)的起源與演化》，帶領(lǐng)現(xiàn)場(chǎng)師生“穿越”138億年的時(shí)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。

人類(lèi)認(rèn)識(shí)的宇宙起源與演化“遂古之初，誰(shuí)傳道之？上下未形，何由考之？”“天問(wèn)”所代表的，是中國(guó)人追尋宇宙奧妙的千年之嘆，是數(shù)千年來(lái)探索無(wú)窮遠(yuǎn)方的不懈努力。從古至今，世人對(duì)宇宙的追問(wèn)從未停止。

以138億年前的宇宙大爆炸為開(kāi)端，張杰梳理了物質(zhì)的起源與演化過(guò)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?xún)?nèi)，被稱(chēng)為普朗克時(shí)代。在10-43秒至10-35秒時(shí)宇宙進(jìn)入了暴漲時(shí)代，從10-35秒至10-3秒宇宙進(jìn)入了輕子時(shí)代。

“現(xiàn)在的宇宙是一個(gè)暗能量主導(dǎo)的宇宙?！?張杰院士說(shuō)道。宇宙從大爆炸開(kāi)始，走過(guò)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？張杰院士解釋道：“今天宇宙中95%的物質(zhì)是暗物質(zhì)和暗能量，我們從天文觀測(cè)中探知了它們的存在，但尚未理解它們的物理本質(zhì)是什么？這也是現(xiàn)代物理學(xué)和天文學(xué)的重要研究課題?！蔽覈?guó)對(duì)早期宇宙的探索

已站在世界最前沿

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(lèi)第一次觀測(cè)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，其中有位于飛魚(yú)座的星系團(tuán)SMACS 0723，已經(jīng)距離地球46億光年。
據(jù)張杰院士介紹，從楊惟德肉眼觀察到韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，在人類(lèi)探索早期宇宙本源的過(guò)程中，我國(guó)做出了重要貢獻(xiàn)，以李政道研究所（簡(jiǎn)稱(chēng)“李所”）科學(xué)家為代表的中國(guó)科學(xué)家已經(jīng)站在了世界的最前沿。

傳統(tǒng)上天文學(xué)為觀測(cè)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(cè)走向?qū)嶒?yàn)。張杰院士領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)利用強(qiáng)激光，成功模擬了太陽(yáng)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(wú)碰撞沖擊波等天體或天文現(xiàn)象，并進(jìn)行了深入研究?！皩?duì)高能量密度物理過(guò)程的探索將為人類(lèi)了解更加廣闊的宇宙打開(kāi)一扇大門(mén)，更加豐富多彩的未來(lái)世界已然出現(xiàn)在我們眼前。”張杰院士如是說(shuō)。

作為基礎(chǔ)研究的重要力量，李政道研究所近年來(lái)不斷擴(kuò)大面向深海、深空、深地的科研版圖，發(fā)起“TRIDENT海鈴計(jì)劃”、“PandaX暗物質(zhì)探測(cè)”及“JUST光譜望遠(yuǎn)鏡”等一批重大科學(xué)項(xiàng)目，取得了一系列具有國(guó)際影響力的原創(chuàng)性成果，正朝著到2035年建成具有重要國(guó)際學(xué)術(shù)影響力的世界基礎(chǔ)科學(xué)研究機(jī)構(gòu)目標(biāo)進(jìn)發(fā)。
逐夢(mèng)科學(xué) 探索未知奧秘

兒時(shí)萌生科學(xué)興趣，探索科學(xué)奧秘，樂(lè)此不疲；專(zhuān)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(lèi)認(rèn)知極限；重視課堂教學(xué)，融合最前沿學(xué)科知識(shí)，點(diǎn)燃學(xué)生對(duì)科研的熱情……在科研的道路上，張杰前行的動(dòng)力，源自對(duì)科學(xué)的熱愛(ài)和對(duì)未知的好奇，一步一個(gè)腳印，詮釋了逐夢(mèng)科學(xué)的真諦。

在他看來(lái)，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(duì)任何難題都永不言棄的動(dòng)力，也是科學(xué)家不斷攀登科學(xué)高峰的底氣。

人類(lèi)在幾十萬(wàn)年的演化過(guò)程中，形成了把探索未知的好奇心作為非常重要的激勵(lì)手段的遺傳基因。當(dāng)我們探索未知的奧秘的時(shí)候，我們神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生令人興奮的多巴胺，而多巴胺就是快樂(lè)的來(lái)源。所以，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、找到問(wèn)題，鍥而不舍地進(jìn)行研究，充滿夢(mèng)想地追尋下去，這是做科學(xué)研究非常重要的素質(zhì)?！睆埥茉菏空劶白隹蒲械闹匾刭|(zhì)是如是說(shuō)。

報(bào)告最后，張杰院士引用著名物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者李政道先生的一句名言來(lái)結(jié)束這次分享：“在宇宙中，地球和人類(lèi)都是偶然的存在。但是正是由于宇宙中有地球和人類(lèi)，我們這個(gè)宇宙才變得如此美麗、如此有科學(xué)精神與人文情懷?！?以宇宙大爆炸為開(kāi)端，張杰院士帶領(lǐng)現(xiàn)場(chǎng)700余名懷揣科創(chuàng)熱愛(ài)的青少年“穿越”138億年的時(shí)空之旅，梳理了物質(zhì)的起源與演化過(guò)程，鼓勵(lì)他們永葆“天問(wèn)“精神，懷抱夢(mèng)想又腳踏實(shí)地，為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)貢獻(xiàn)青春力量。