科技人员从镜子中探测引力波。镜子由纯二氧化硅打造,每300万个光子入射,只有1个会被吸收。(网络图片)
本报记者 沈湫莎
编者按
2月11日,美国科学家宣布首次直接探测到了爱因斯坦百年前预言的引力波。继发现电磁波之后,引力波的发现开启了人类“聆听”宇宙的新时代。
麻省理工学院校长 L·拉斐尔·莱夫在致全校的贺信中提到了“基础科学的美丽和力量”:“它是辛苦的、严谨的和缓慢的,又是震撼性的、革命性的和催化性的。没有基础科学,最好的设想就无法得到改进,‘创新’只能是小打小闹。只有随着基础科学的进步,社会也才能进步。”
这封信在国内又一次激起了关注基础科学、大科学装置,乃至人才培养、经费投入等一系列问题的讨论,引发出一系列思考:我们的科研之路怎样走,才能更好?
这次,美国人占得前沿科学的先机多少有一点运气成分:2015年9月14日,刚刚完成5年升级改造的美国激光干涉仪天文台(LIGO)项目尚未正式开机,就接收到了引力波的信号。但运气在其中的成分并不那么多,毕竟美国为探寻引力波,进行了长达几十年的投入,今天的发现是持之以恒的收获。
不过,又一个“第一次”被外国人摘走,让中国科学家感到了不小的压力。“现在中国科学家可以推说过去投入不足,但这样的‘借口,现在越来越少了。再不能拿出世界一流成果,就是我们这一代人的失职和无能。”中国的原初引力波探测项目———“阿里实验计划”负责人张新民说。
提高中国科研投入的效率,是从引力波“震动”余波生发出的对中国科研体制的思考。
离开基础研究,创新只是“小打小闹”
LIGO探测到引力波后,麻省理工学院校长给全校师生发了一封信,对基础研究的重视溢于言表:“没有基础科学,最好的设想就无法改进,创新只能是‘小打小闹,。”
然而,尽管百年前的爱因斯坦已经提出了这一预言,但验证它却耗费了几代人的心血。20世纪90年代,麻省理工学院的莱纳·魏斯想到了一个绝妙的点子:用激光的干涉来测量引力波。加州理工的著名引力学家基普·索恩又在此基础上做了改进,让方法更可行。
不过初代LIGO并没有达到探测精度,不少科研人员的大部分时间在于消除探测频率中的噪声,而另一些科研人员还在为如何测量干涉仪的误差而绞尽脑汁。LIGO项目2002年正式开始探测,但直到2010年什么也没找着。前LIGO工作组的科研人员、清华计算机系高性能计算所的硕士研究生郭翔宇回忆,他在斯坦福的实验室就像一个黑洞,半个篮球场大、十来米深,没有一扇窗户。“没有耐得住寂寞、坐穿冷板凳的基础研究,就不会出令人狂热的大成果。”他说,引力波在被探测到前,甚至有很多人不相信它真的存在,而它一旦被发现,那就是开启新时代的发现。
基础研究承受了太大压力
我国的R&D(研究与发展)经费投入,过去十年几乎每年都以超过20%的速度高速增长。2013年,我国R&D经费首次超过日本,升至世界第2位,R&D经费投入占全国GDP比重达到2.08%,已经超过欧盟。
然而具体到基础研究,情况就不容乐观了。2013年R&D经费中,用于基础研究的经费为555亿元,占R&D经费比例仅为4.7%。而大部分发达国家基础研究经费占R&D经费比例在15%-25%,2012年美国的比例为16.5%。
上海理工大学国家千人、LIGO项目参与者韩森认为,国家还是倾向于投偏应用类项目,这类项目见效快,但像引力波探测这种投资大、周期长、跨学科的项目,一定需要国家的鼎力支持。据悉,在长达几十年的探测过程中,LIGO的投资方美国国家科学基金会,已经先后在该项目上投入11亿美元,是该机构迄今最大的一笔研究投入。
“基础项目不仅难申请资金,而且承受的压力太多。”张新民说,他所负责的“阿里实验计划”,就是2014年提出的,不过筹钱筹了一年多,才勉强把队伍搭起来。这是一个中外合作项目,事实上,国内却连测量微波背景辐射的实验都没有。
中国科学院院士、中科院高能物理研究所所长王贻芳对基础研究的压力之重深有体会。他说,一旦拿到钱,大量的争议立刻随之而来。普通百姓会问,花这么多钱有什么用? 政府官员会问,这种太花钱的项目是不是让外国人去干,我们把钱花在能产生GDP的研究项目上?科研经费管理部门和科学家会问,这个研究现在不是热门,为什么要支持?
“最可怕的是做到一半投入断了,只好去羡慕别人的重大成果。”张新民说。
别让不合理制度成为扼杀重大成果杀手
王贻芳心里有根“刺”,当年大亚湾中微子项目预算为1.5亿元,不过按照我国的科研体制,基金委、科技部支持项目的上限在4000万元左右,3亿元以上的项目可以去找发改委,不过这“中间地带”就找不到人管了。为了筹钱,大亚湾中微子项目足足推后了3年时间才开工,而去年中微子研究获得诺贝尔物理学奖,不少人替王贻芳抱憾。
对待基础研究项目,美国国家科学基金的态度是“重申请,轻完成”。该机构一名官员告诉记者,他们80%的精力都花在研究项目的申请批准方面,20%的精力用来管理项目,而应用型项目的态度则完全相反,以保证让基础研究在一个宽松的环境中完成。
“管理部门应该贴合科学家的需求,为他们创造更好的创新环境,而不能让科学家去‘削足适履,,让科研项目去适应条条框框的制度。”张新民说。
曾经有一个非常经典的比喻,基础研究是面包,而应用和产业则是面包上掉下的面包屑,一个大国,如果不去做面包,那它就只能永远捡人家餐桌上掉下来的面包屑。就在今天,我们亲眼见证了引力波的发现,也清楚了解到它将带来的巨大变革,我们还要再错过下一个“引力波”吗?