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(資料圖)

張同杰，1968年生，山東夏津縣人，北京師范大學天文系教授、博士生導師。他帶領研究團隊提出一種新方法，利用射電輻射穿過星系際間中性氫云時產生的21厘米吸收線，直接測量宇宙膨脹加速度。通過使用“天河二號”超級計算機，對宇宙中微子和暗物質進行數值模擬，呈現(xiàn)宇宙約137億年間的漫長演化進程。

“我是誰，我從哪里來，要到哪里去？”從古至今，人們對這一“終極問題”的哲學思考和科學探索，從未停止。

北京師范大學天文系教授張同杰就是這一答案的追尋者。宇宙是怎么來的？經歷了怎樣的變化？宇宙還隱藏著多少秘密？探索這些無比遙遠的事，就是他的日常工作。

“對宇宙的好奇心，是人類的本能”

“宇宙起源的理論雖然很多，但學界公認的只有宇宙大爆炸理論。其實，科學家們倒是希望出現(xiàn)一點特別情況，那意味著重大的新認識，比如最近的哈勃常數危機問題……”張同杰打開了話匣子。與很多科學家一樣，張同杰的研究也是由興趣驅動，他說：“對宇宙的好奇心，是人類的本能。”

出生于山東農村的張同杰，由于條件所限，沒有機會讀高中，只上了一個中專——山東省平原師范學校。張同杰成績優(yōu)異，被推薦參加高考，然后考入山東德州師專（現(xiàn)德州學院）物理系，之后又考入山東省教育學院（現(xiàn)齊魯師范學院）物理本科專業(yè)。

張同杰小時候數學成績特別好，老師也常常鼓勵他。“那時我的理想是成為數學家。”張同杰說，后來他發(fā)現(xiàn)自己對物理更感興趣，尤其是天體物理。他經常聽收音機里的科普節(jié)目，也常在報刊上學習天文學相關知識，“報刊上介紹黑洞的文章，深深地吸引了我。”1993年，他考取了中科院上海天文臺天體物理專業(yè)的研究生，走上探索宇宙之路。

目前，張同杰帶領團隊在4個方向上展開研究，其中既有主流的標準宇宙學理論研究和觀測，也有比較“冷門”的地外文明探索。

宇宙學研究非常依賴觀測，對技術設備的要求非常高。在張同杰身上，就有一種能迅速抓住前沿方向、利用最新技術手段的敏感。

天文學家一直在尋找測量宇宙膨脹加速度的更好方法。理論預言，宇宙膨脹加速度變量極其微小——相當于在一年的時間內，增加了螞蟻爬行的速度。這需要極高的觀測精度。大約10年前，張同杰帶領博士生于浩然（現(xiàn)廈門大學天文學系副教授）與一個國外的宇宙學研究團隊合作，基于紅移拖墜原理，提出了第一個宇宙加速膨脹的直接測量方法。

但是，這一方法需要用分辨率非常高的射電望遠鏡對目標類星體連續(xù)觀測5—10年才能得出結果。“中國天眼”（FAST）建成后，張同杰立即開展了FAST首個中性氫21厘米吸收線的宇宙加速度觀測。

宇宙演化模擬也是張同杰投入精力比較多的研究方向。早在2013年，張同杰就和于浩然用3萬億個粒子，模擬宇宙中微子、暗物質的分布和演化，還原了約137億年的宇宙漫長演化進程。

“模擬的粒子數越多，就好比攝像機的分辨率越高，‘還原’的宇宙演化史‘視頻’就越清晰。”2013年“天河二號”建成，團隊很快跟“天河二號”設計者取得聯(lián)系，完成了數值模擬，那也是當時世界上粒子數最多的N體數值模擬。

“超級計算機一般是五年一代，其算力第一的地位只能維持五六年時間，我們一定要抓住這樣的窗口期，力爭推動中國天文學研究領先世界。”張同杰說，他們團隊仍在不斷調整方向、優(yōu)化算法，為下一次“上機”做準備。

“嚴謹的治學態(tài)度、科學的治學方法，是我求學時最大的收獲”

在張同杰的每個成長階段中，老師的教誨都對他影響至深。“在德州師專讀書時，賀金玉老師的鼓勵，讓我對人生目標有了清晰規(guī)劃。讀研時，宋國玄和沈有根兩位導師對我影響也很大。嚴謹的治學態(tài)度、科學的治學方法，是我求學時最大的收獲。”張同杰說。

或許是接連得遇良師，讓張同杰對教學產生了極大的熱情。博士畢業(yè)后，張同杰進入北京師范大學任教，在做好研究的同時，全身心投入教學工作。

在學生陳杰峰看來，張老師很喜歡帶“新人”。研究團隊一般以碩士生、博士生為主，“張老師的課題組卻吸收了不少本科生，這讓很多學生在本科期間就有機會做出成果，對將來選擇研究方向大有裨益。”張同杰擅長觀察學生特長，據此幫助學生確定研究方向，同時充分尊重學生的興趣。

“我對使用人工神經網絡算法限制哈勃參數很感興趣，所以張老師只要一看到這個領域的相關資料、論文，就會發(fā)給我。”陳杰峰說。

碩士生陸昌智感受最深的則是張同杰的治學態(tài)度，“張老師教學時能清晰地抓住問題主干，提問則特別仔細，不會放過任何細節(jié)，用一連串深刻的發(fā)問直指本質……”

張同杰的研究團隊每周都會舉行一次集體討論會。學生有好的想法可以隨時跟張同杰溝通。“但張老師更鼓勵大家獨立思考，有問題要先嘗試自己解決。”博士生陶振釗說。

在團隊成員眼里，張同杰似乎沒什么業(yè)余生活，一年中，可能只有春節(jié)才會休息幾天。學生們常?？匆娝T著自行車在校園里匆匆而過，吃飯也是“對付一口”。即便是早上6點或者半夜12點以后，學生把研究進展發(fā)給他，他也是“秒回”。

“不能因為可能沒有結果，就不去做，科研的過程和結果同樣重要”

地外文明信號射電搜尋是張同杰團隊的另一個研究方向。在一些人看來，這或許是科幻愛好者的異想天開，但這其實是一個非常嚴肅的科學問題。

射電望遠鏡一直是探索地外文明的主要工具，也是FAST的五大主要科學目標之一。早在2018年，F(xiàn)AST就安裝并調試了專門用于地外文明搜索的后端設備。

耗時漫長，希望渺茫，常常遭遇質疑，所以很多望遠鏡管理機構都不會給地外文明探索分配太多的觀測時間。在這樣的情況下，愿意做地外文明探索研究的學者很少，但張同杰認為這個研究方向非常重要，而且FAST在這方面有著得天獨厚的優(yōu)勢。

“若真有地外文明信號穿越漫長時空而來，F(xiàn)AST無疑是最有希望發(fā)現(xiàn)這些信號的射電望遠鏡。”張同杰為此做了很多準備，在FAST建設期間，他就經常與國外同行交流探討，做一些前期準備工作。“不能因為希望渺茫，就認為沒價值。不能因為可能沒有結果，就不去做，科研的過程和結果同樣重要。”張同杰認為。

張同杰介紹，目前地外文明搜索的主要困難在于“信號難分辨”，“即使看見了，也不一定能認出來”，因此需要不斷優(yōu)化算法。大部分“信號”都是干擾項，可能是儀器的噪聲、飛行器的信號等，這些都需要通過后續(xù)研究一一排除。“這正是課題組的主要工作之一，我們正在努力。”張同杰說。

■記者手記

仰望星空 腳踏實地

“不能因為可能沒有結果，就不去做”。采訪中，張同杰的這句話令人印象深刻。在他平實的話語中，似乎這只是再尋常不過的道理，但要做到這一點，需要極大的勇氣。

敏銳的眼光、嚴謹的態(tài)度、堅韌的意志，這些是優(yōu)秀科學家必備的品質。追求科學真理，就是要一步一步地向著未知的科學高峰攀登。哪怕“道阻且長”，甚至終其一生都難以到達，但欣賞沿途的風景也是一種收獲。哪怕研究方向是錯誤的，也并非毫無意義，因為至少為后來者排除了一個錯誤的方向，讓他們更容易接近科學真理。

仰望星空，腳踏實地；不浮躁冒進，也不錯失良機。正是有了像張同杰一樣的科學家的接力前行，才一點一點為我們拓展了對宇宙的認知。

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