從牛頓1687年發(fā)表萬有引力定律，到卡文迪許第一次用扭秤實驗測出萬有引力常數(shù)G值，西方科學(xué)家主導(dǎo)這一領(lǐng)域的研究300多年。上世紀(jì)80年代，中國科學(xué)家羅俊及其團(tuán)隊加入了測量萬有引力常數(shù)G的隊伍。

5月21日，全國人大代表、中國科學(xué)院院士、我國空間引力波探測“天琴計劃”首席科學(xué)家羅俊院士透露，經(jīng)過多方評估，“天琴一號”衛(wèi)星六大技術(shù)在軌驗證全部通過，每項技術(shù)指標(biāo)都優(yōu)于任務(wù)目標(biāo)，達(dá)到國內(nèi)同類技術(shù)的最高水平。

世間萬物，有能量就有引力。那么，引力的本質(zhì)究竟是什么呢?自牛頓開創(chuàng)經(jīng)典力學(xué)以來，這個物理學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)的科學(xué)問題之一，讓物理學(xué)家輾轉(zhuǎn)幾百年，至今仍在探索。

從1984年開始，一群中國科學(xué)家用36年的時間，探索引力的本質(zhì)究竟是什么。對于一位科學(xué)家的科研生涯來講，36年很長。但是，在西方科學(xué)家主導(dǎo)了300多年的領(lǐng)域里，中國科學(xué)家測出了世界最精確的萬有引力常數(shù)G的值，提出了空間引力波探測“天琴計劃”，這樣看來36年又很短。

基礎(chǔ)研究如何報效國家和社會?羅俊院士和天琴團(tuán)隊在探索科學(xué)問題的過程中，用一個又一個重量級成果給出了答案。

“丟掉用錢買技術(shù)的幻想”

從牛頓1687年發(fā)表萬有引力定律，到卡文迪許第一次用扭秤實驗測出萬有引力常數(shù)G值，西方科學(xué)家主導(dǎo)這一領(lǐng)域的研究達(dá)300多年。

上世紀(jì)80年代，中國科學(xué)家羅俊及其團(tuán)隊加入了測量萬有引力常數(shù)G的隊伍，開始用扭秤技術(shù)精確測量G值。

為了找到震動小、溫度恒定的實驗場所，他們把華中科技大學(xué)喻家山下的一處防空洞作為實驗室。山洞陰暗潮濕，但他們埋頭科研，一遍一遍地改進(jìn)扭秤系統(tǒng)，不斷優(yōu)化實驗方案，把扭秤的靈敏度提高再提高，把各種環(huán)境干擾降低再降低。他們除去吃飯和睡覺，在山洞中度過了數(shù)不清的日日夜夜。

經(jīng)過艱辛努力，2018年8月，《自然》雜志刊發(fā)了羅俊團(tuán)隊最新測G結(jié)果，該團(tuán)隊歷經(jīng)艱辛測出了截至目前國際上最高精度的G值。

在探索引力本質(zhì)的基礎(chǔ)研究道路上，依托各種引力實驗，他們從一開始就踏上了精密測量的應(yīng)用研究之路。空間慣性傳感器就是其中的杰出代表。它是空間引力研究、空間引力波探測和重力衛(wèi)星的核心設(shè)備，根據(jù)工作模式的選取。該設(shè)備精度高、技術(shù)難度大，僅有法國掌握其全部技術(shù)。

2001年，為了推動研究，羅俊與已研制出空間慣性傳感器的法國教授約好，專門赴法國商談國際合作。可是會面前，對方一直拒絕走出大樓當(dāng)面交談，僅僅托人給了一些書面材料。

這讓他們深深感受到，“在門外等”永遠(yuǎn)也不可能擁有核心技術(shù)，沒有核心技術(shù)就很難得到別人的尊重。

2009年，在巴黎的一個小型技術(shù)研討會上，科學(xué)家們報告了空間慣性傳感器的研究情況，當(dāng)西方科學(xué)家看到羅俊團(tuán)隊研制的部分實物照片和地面測試結(jié)果時，兩次詢問是否是自己做出來的，詢問的語氣充滿了質(zhì)疑。

午餐會上，羅俊與法國的空間慣性傳感器研制負(fù)責(zé)人商談購買對方更高精度產(chǎn)品的事宜，對方提出該儀器不是商品，是無價的，中國要想使用，“必須交換”。

“如何交換呢?就是他們給儀器，我們必須給他們原始數(shù)據(jù)。這是非常霸道無理的要求，意味著可能拱手送出國家機(jī)密!”羅俊說，經(jīng)歷這件事后，團(tuán)隊更加堅定了要走獨立自主的研究道路——自主設(shè)計實驗路線、自主制定測量方案、自主研發(fā)儀器設(shè)備。

“回顧過往，我想正是因為我們在西方碰壁碰得早，所以我們醒悟得早，早早地丟掉了用錢買核心技術(shù)的幻想，認(rèn)清了核心科技大國競爭只能靠自己的殘酷現(xiàn)實，在后來的研究中堅定不移地走自主創(chuàng)新道路。”羅俊說。

中山大學(xué)天琴中心教授楊山清介紹，實現(xiàn)相關(guān)裝置設(shè)計及諸多技術(shù)細(xì)節(jié)均需團(tuán)隊成員自己摸索、自主研制，在此過程中，他們研發(fā)出一批高精尖儀器設(shè)備，其中很多儀器將在地球重力場的測量、地質(zhì)勘探等方面發(fā)揮重要作用。

“不要展示的樣品，要管用的產(chǎn)品”

多年來，在引力到引力波的研究過程中，羅俊團(tuán)隊始終堅持著造“國之重器”的理念。羅俊經(jīng)常對團(tuán)隊說：“一個科學(xué)家選擇課題必須要頂天立地，滿足國家需求的科研方向是最具價值的。”

上世紀(jì)90年代，隨著研究的不斷深入，團(tuán)隊在引力研究領(lǐng)域的名氣越來越大。有關(guān)部門當(dāng)時正好有一項技術(shù)難題亟須解決，便將這一項目半信半疑交給了團(tuán)隊。但是，課題主管部門的專家心里還是有疑問：物理學(xué)家概念理論多，能不能做出管用的產(chǎn)品呢?

羅俊的學(xué)生、華中科技大學(xué)引力中心主任周澤兵至今記憶猶新。他告訴記者：“羅老師知道他們的擔(dān)心，實際上一開始研究慣性傳感器，他就明確要求我，‘基礎(chǔ)物理研究要朝著應(yīng)用產(chǎn)品去做，我們不要展示的樣品，我們要管用的產(chǎn)品’。這對我的科研觀影響特別大。”

為了完成這一課題，團(tuán)隊使出渾身解數(shù)，向好的產(chǎn)品發(fā)起了“進(jìn)攻”。引力實驗中要用到一種特殊的鋼球，每個球的圓度要精確到1微米，而能買到的這種球最高精度在5到10微米。中山大學(xué)天琴中心特聘研究員薛超回憶，團(tuán)隊只好自己慢慢地磨，光一個球就磨了9個月，精度最終達(dá)到了0.8微米。

“36年里，這樣的例子有很多，我們像是打磨產(chǎn)品的工匠一樣。”周澤兵開玩笑說，“高度壓力下，我們就是靠著做產(chǎn)品的工匠精神，攻克一個又一個科學(xué)和技術(shù)難題的。”

科研團(tuán)隊用幾十年的時間，應(yīng)用精密測量技術(shù)，取得高精度星載加速度計的關(guān)鍵技術(shù)突破，打破了制約我國重力衛(wèi)星研究的瓶頸。

“對事業(yè)負(fù)責(zé)，對國家負(fù)責(zé)”

隨著引力研究的不斷深入，團(tuán)隊積累了越來越多的經(jīng)驗，也有了更寬的研究視野，大家心中裝著一個目標(biāo)：實驗室研制的東西就是要到太空去經(jīng)受檢驗。

羅俊對大家說：“要做航天產(chǎn)品，必須上天在軌道上檢驗，對我們自己的事業(yè)負(fù)責(zé)，也是對國家負(fù)責(zé)。我們要有決心，更要有信心!”

基礎(chǔ)研究“要上天試試”何其難?其間困難阻隔，難以計數(shù)。功夫不負(fù)有心人。2011年他們爭取到了一次搭載飛行機(jī)會，用兩年時間研制出滿足該衛(wèi)星平臺的產(chǎn)品，并通過了一系列實驗和論證，2013年11月25日隨某衛(wèi)星發(fā)射升空!他們的喜悅是難以言表的，只能用熱淚來表達(dá)。這是我國該類型空間慣性傳感器的首飛驗證，7年過去了目前仍在軌運(yùn)行正常。

基于實驗室里大量空間引力波探測關(guān)鍵技術(shù)的驗證，羅俊在2014年3月提出了“天琴計劃”，計劃在太空中建成一個引力波天文臺來探測引力波，向著當(dāng)今世界引力研究的最前沿、科學(xué)研究的新高峰發(fā)起挑戰(zhàn)。

2019年12月20日，搭載“天琴一號”衛(wèi)星的長征四號乙運(yùn)載火箭沖上云霄，意味著中國醞釀近20年、正式提出5年多的天琴空間引力波探測計劃，正式進(jìn)入“太空試驗”階段。

2020年5月21日，“天琴一號”傳來好消息，數(shù)據(jù)顯示，所有技術(shù)指標(biāo)全部優(yōu)于任務(wù)要求，達(dá)到國內(nèi)同類技術(shù)的最高水平。羅俊院士說：“目前衛(wèi)星狀態(tài)良好，下一階段將進(jìn)入拓展實驗階段。”

目前，“天琴二號”各項工作正在穩(wěn)步推進(jìn)，關(guān)鍵技術(shù)取得突破，計劃在2025年前后發(fā)射。

在太空中探測引力波，不僅能夠看到宇宙演化的圖片，還能夠利用引力波探測聽到宇宙演化的聲音，相當(dāng)于從看無聲電影到看有聲電影。羅俊說，引力波不能只是科學(xué)展示品，而應(yīng)該成為人類探測宇宙的實用工具，這就是LIGO首次探測到引力波之后，我們還要繼續(xù)做引力波探測的根本目的。

羅俊說：“‘天琴計劃’不僅僅吸引著有科學(xué)興趣的人，也越來越多地吸引著立志科研報國的各類人才。因為這個最終目標(biāo)好似一個牽引器，它會‘生’出一個又一個國家急需的核心技術(shù)、戰(zhàn)略重器，這是作為科學(xué)家的責(zé)任。”(記者 龍躍梅 通 訊 員 黃 艷 趙現(xiàn)廷)

關(guān)鍵詞： 引力