2016年2月，美国国家科学基金会和欧洲引力天文台召开新闻发布会，正式宣布直接观测到了引力波，验证了100年前爱因斯坦的预言。

随后，中国科学院首次披露了一项宏伟的科学项目——“空间太极计划”(以下简称“太极计划”)，拟于2033年前后发射一组中国的卫星，在太空对中低频段引力波进行探测。

近期，我们对“太极计划”的首席科学家——中国科学院大学副校长、中国科学院卡弗里理论物理研究所所长吴岳良院士进行了专访，请他介绍了对观测到引力波事件的看法及未来引力波物理和天体物理学的发展方向，解读了“太极计划”的项目情况，并与我们分享了他对于科研国际合作、人才培养以及我国科技期刊发展方面的看法。

吴岳良院士在中国科学院大学演讲

《科学通报》: 据我们所知，引力波探测项目具有实施持续时间长、花费资金大等特点，而公众往往并不能深刻理解其实施的重要意义。请您简要介绍一下本次LIGO直接探测到引力波的重要科学意义，以及研究过程中带来的创新科技。

吴岳良研究员: 引力波的探测具有极其重要的科学意义。一方面是对牛顿万有引力定律最重要的一个推广——爱因斯坦广义相对论的直接验证；另一方面将为人类进一步探索宇宙的起源、形成和演化提供一个全新的观测手段，为深入研究未来超越爱因斯坦广义相对论的量子引力理论提供实验基础。

纵观电磁波领域的发展历史，从库仑定律、麦克斯韦方程的提出，到观测到电磁波和光子等，再到后来相关量子理论和前瞻技术的迅速发展，相信引力波的观测和研究，也将使人类的观测能力和手段得到进一步的拓展，在宏观和微观尺度上得到前所未有的延伸。这是一个漫长的过程，在理论的建立上花费了10年时间；而实验上为了寻找引力波，科学家用了百年。

众所周知引力波很弱、难以探测，但人们还要知难而进。实验探测引力波已历经50多年，充分表明了其重要性和艰巨性。更难能可贵是一些科学家和技术人员投入了一辈子的时间来开展这项具有重大科学意义但又无法预测探测结果的科研工作，真正表现出探索未知的科学精神。

可以通过与电磁波的比较来更清楚地认识引力波的重要意义。原则上通过引力波可以观测任何物质，因所有物质都有引力相互作用。地面观测到的引力波频率通常在20Hz以上，和人类所能听到声波的震动频率接近，所以可以形象地用“听”到来形容。通过引力效应可以“听”到用电磁波无法观测到的暗物质、暗能量的存在。探测到引力波意味着我们看到了引力子组成的波的震荡，这就前进了一步，将来可能通过引力波来观察整个物质世界和宇宙。对引力波和引力本质的研究将是21世纪最前沿的科学问题。

引力波探测涉及物理学、天文学、宇宙学、天体物理学、空间科学、光学，以及精密测量、航天技术、导航与制导、飞行器与轨道设计等领域的理论和技术，需要发展空间超远距离超高精度激光测量、超高灵敏度惯性传感器、超高精度卫星无拖曳控制等下一代高端空间技术。这些技术在实现基础科学研究目标的基础上，在惯性导航、地球科学、高精度卫星平台乃至全球环境变化和大地震检测等领域也将发挥积极的作用。

总而言之，探测到引力波是圆了科学家的一个百年梦想，将开启引力波天文学和引力波物理以及量子宇宙物理研究的新纪元。如果爱因斯坦能亲眼见证这一伟大发现，他一定会更加激动的。

《科学通报》:国内外已经相继开展了不少引力波探测项目，这些项目有哪些异同之处? 作为我国“太极计划”的首席科学家，请您介绍一下“太极计划”的独到之处、项目进展、预期目标等。

吴岳良研究员: 2015年4月初至5月初，世界上一些主要的引力波专家出席了在中国科学院卡弗里理论物理研究所召开的大型国际引力波学术盛会。来自加州理工学院的引力波新闻发言人David Reitze在会上做了两个报告，一个是关于LIGO当时的工作进展——实际上在随后的9月份他们就观测到了引力波信号；另外一个是关于未来的下一代引力波探测装置。目前LIGO的探测器臂长4km，未来的爱因斯坦望远镜计划增加到10km。目前LIGO拥有最灵敏的设备，集中了全世界顶尖的科学家和技术。德国和意大利也有相应的地面探测设备，但探测器在臂长、灵敏度等方面还有待提升。

1993年欧洲最早开始了空间引力波探测计划，1997年美国NASA加入，后由于经费原因于2011年退出，欧洲空间局(ESA)和欧洲科学家们希望与中国合作。早在2008年中国科学院力学研究所胡文瑞院士牵头成立了引力波探测论证组，国内多家单位参与，通过组织3次香山科学会议，将关于引力波的讨论正式提上日程，开始规划我国空间引力波探测在未来数十年内的发展路线图，并将其列入了中国科学院空间科学2050年规划。2012年成立中国科学院空间引力波探测工作组。2015年12月，该计划被命名为“空间太极计划”，这其中既含有以中华文化和哲学阐明宇宙起源的理念，也因为太极图与黑洞并合产生引力波的过程颇为形似。

“太极计划”致力于成为一个国际合作的项目。2012年起一直开展两个方案的研究：太极I和太极II。太极I方案是参加ESA的激光干涉空间天线阵(eLISA)双边合作计划。太极II方案是发射一组中国的引力波探测卫星组，与2035年左右发射的eLISA卫星组同时邀游太空，进行中低频段引力波探测。太极II拟于2033年前后发射，实现我国大型先进科学卫星计划的突破，届时中国与欧洲将同时在空间独立进行引力波探测，互相补充和检验测量结果。

我们希望通过与ESA等机构的国际合作，借鉴其发展了20多年的空间引力波探测技术，加快我国自身的发展。从ESA的角度来说，也可以得到设备、资金方面的补充以及探测结果的验证。这将是一个相互支持、互利共赢的合作。

但我们的科学目标与eLISA各自有所侧重：

◆ 目前的地面探测只能测到频段比较高的、恒星级的黑洞并合事件，而在空间可以探测到中低频段的引力波，探测波源是较为丰富的中等质量和大质量黑洞的并合。空间探测的目标可探索带有宇宙早期星系形成与演化信息的大黑洞和种子黑洞并合，有助于研究宇宙演化过程中黑洞和星系如何形成和成长。LIGO这次观测到引力波是一次无法重复的偶然，空间引力波探测应该能观测到更多事件，并且通过定位判断其波源来自于哪里。

◆ ESA的LISA计划原来设计星组中卫星间距500万千米，后来的eLISA计划改为大概100万千米。“太极计划”拟发射的引力波探测星组由位于等边三角形顶端的3颗卫星组成，绕太阳轨道运转(这个方案通过欧洲和美国科学家的多次论证，有利于避免地球重力的干扰和保持太阳热辐射的稳定性)。卫星将采用无拖曳技术，星组中卫星间距300万千米。

◆ 另外探测器对引力波频率的敏感区域跟eLISA计划也有所不同，“太极计划”的卫星探测频段为0.1mHz～1.0Hz，频率范围覆盖了LISA的低频和日本DECIGO计划的中频。其最敏感的区域在0.01～1.0Hz，相对应的引力波源是中等质量种子黑洞并合，项目瞄准的主要目标将研究这些种子黑洞是怎样通过并合形成超大质量黑洞，暗物质能否形成种子黑洞，由此了解星系的形成和演化过程，并通过引力波精密测量，理解引力本质。

在太极II设计方案中，加速度噪音、测距精度等技术指标总体上需要优于欧洲空间局eLISA计划的要求。eLISA卫星计划于2035年左右发射，也许通过我国科学家的努力，我们的卫星可以先于其发射。

目前，“太极计划”已形成了一支以中国科学院科研人员为主的工作组，有来自科研机构和大学的10多个单位参与其中，获得了中国科学院先导科技专项空间科学预先研究项目连续3期的资助。工作组定期组织学术交流活动，已在引力波源的理论及探测以及卫星技术研究上取得了诸多进展。每年参加eLISA项目工作年会，开展广泛的国际交流探讨，还组成双边会议，签署了2个合作备忘录。

《科学通报》:引力波探测项目实施中具有人员参与多、不确定因素多以及国际合作广泛等难度。您认为向这一世界一流的科学研究目标发起冲击时，我国需要在人才培养、国际合作方面做哪些努力?

吴岳良研究员: 在基础科学的大科学工程中国际合作已经成为惯例，著名的欧洲大型强子对撞机LHC，以及这次探测到引力波的LIGO都是典型的例子。一方面这些大型项目涉及的技术很多，单一国家不可能面面俱到，需要多国参与技术合作。基础科学的科学目标和成果是全人类共享的，从这个角度来说大家的目标一致，面对未知的科学世界，竭尽所能地进行探索，是一件自然而然的事情。

另一方面，竞争也必然存在。从科学探索的角度来看，良性竞争能够促进科学发现。中国比较强调国际合作“以我为主”，这是一个大国应有的立场，在科学史上也将因此留下中国科学家的贡献。但同时应该清楚什么是“以我为主”——投入资金、建设设施仅是一方面，更要强调原创性的科学思想、科学目标和成果，考量谁做出了最大的贡献，这些才是“以我为主”最好的体现。假如中国的科学家利用国外的大装置提出了自己的科学思想，做出了自己的成果，我认为也是值得肯定的。将来的“以我为主”要强调两个方面，不仅要提出我们自己的科学思想和目标，还要用我们自己的实验进行验证。这才是我们科学研究真正的理想。

这些归根结底是人才队伍建设的问题。人才不仅是培养出来的，更是通过大科学项目的凝聚、培养和锻炼，在科研这个国际合作和竞争的大舞台上脱颖而出的。

《科学通报》:展望未来，您认为我国引力波物理和天体物理领域未来的重点研究方向、可能取得的进展、可能面临的困难主要有哪些?

吴岳良研究员: 近几年物理学领域的诺贝尔奖颁给了不少理论物理学家。将来中国做大科学实验工程项目，更要重视具有科学思想的理论和科学目标的凝炼。空间引力波探测不仅仅要精确检验爱因斯坦的广义相对论，更要探索超越广义相对论的量子引力理论。因广义相对论这个理论还并不完美，无法在量子场论框架下与其他三种基本相互作用力进行统一描述。因此，我们相信在超越广义相对论之外还需要做更多的创新性工作。“听”到引力波是一件好事，它打开了观测宇宙的一个窗口，也为探测超越广义相对论的理论提供了实验基础。

从20世纪40年代开始，物理学家成功地将狭义相对论和量子力学统一起来，建立了量子场论，成功地描述了强、弱和电磁三种基本相互作用力。但如何将广义相对论与量子力学统一起来，是一直没有实现的目标。事实上，物质相互作用的建立并不是由时空几何来决定，而是与自然界基本组元的物理自由度或量子数之间的对称性有密切关系，其他三种力都是基于这个角度来研究。研究引力的本质将会改变我们的时空观。最近我本人发展的引力量子场论表明，时空本身就是物质。因为真正的时空应该叫做引力场时空，而不是通常的坐标参考系时空。所有的物质其实都在引力场时空中运动，这就是为什么所有物质自然地都与引力场发生相互作用。将来的引力波精密测量有助于对引力的本质进行探测，期望人类最终发现引力子并研究其性质。

我国基础科学研究，尤其像引力波探测这样需长期部署开展研究的基础科学，面临的困难主要是缺乏稳定的支持。培养创新性的理论人才队伍，要提供稳定的支持，不能急功近利，不能简单地用文章来考核科研进展。这样会迫使某些人通过一些“捷径”发表文章、提升职称。事实上，这样容易导致有些地方院校的年轻老师，尽管通过定量考核提升为教授，其实连未来研究方向和学科发展目标都还不清楚。我曾经用20年的时间来构思一篇文章，但在发表之前的2年甚至都还觉得不太成熟。

基础科学的大科学工程是一项系统、长期性的工作。国家投入巨额资金，需要提前规划和预研。可能需要多个五年计划连续考虑，进行近期、中期、远期部署，利用几十年的时间来完成。欧共体的空间科学大项目里就有3个是15~20年左右的项目规划，包括eLISA空间引力波探测项目。

《科学通报》:当前很多重要成果发布都选择国外期刊，您如何看待这一现象? 国内期刊需要在哪些方面多做努力，才可能争取到最新、最重要成果的发布权，尤其是我国主导的重大科研项目的重大研究成果。

吴岳良研究员: 为什么国内研究者把很多好成果投到国外刊物去了? 我认为首先是评价体系的问题，借用SCI体系来评价我们的科研成果，从管理角度来讲是最简单的。过去，《中国科学》和《科学通报》是中国最高水平的期刊，老一辈的科学家都在上面发表文章。我在研究生时期跟随周光召老师，完成了新文章大部分都是投在国内的刊物。为了解国际同行对自己工作的建议才会偶尔把文章投到国外。日本2008年获得诺贝尔物理学奖的工作也是发表在本国刊物上的。现在新闻报道常常开篇就说在某某国际著名杂志上发了文章，而不是强调做出了什么重要的科学发现，这样的舆论导向也影响了科研工作者的选择。每年大家在国外发表很多文章，国家花了很多钱。虽然目前物理学界常常先把文章发布在专业数据库进行同行交流，但大家还是更认可期刊在学术评价中的权威作用，希望国内能有更好的投稿与发表环境。期刊要办好，得到评价体系的认可很重要，这是一个需要从国家层面解决的问题，不仅要呼吁，还要切实出台措施，从本质上扭转这种状况。

另外，参与审稿的专家不仅要有评价一项成果的学术水平和能力，更要秉持客观公正的态度，不能抱有小圈子等偏见，不能看情面，国外的科研圈有这样的氛围和传统。记得有一次在马里兰大学召开的学术会议上，一位超弦领域的知名科学家来晚后没有位置，就坐在台阶上，也没有人给他让座。在国外科学界，大家可以做好朋友，但讨论科学的时候要平等客观，和两个人的私交无关。这就是为什么我从国外回来后创立了中国科学院卡弗里理论物理研究所，它有独特的运行模式，每年在全世界选取最前沿的项目和建议，请最好的科学家来参与项目讨论，无论其在领域内的身份和地位，大家提出问题和讨论的机会都是平等的，就是为了让我们的年轻人学习到这一点。

访谈原文请见《科学通报》2016年第14期：“对话吴岳良: 从时空的涟漪到太极计划”：http://www.scichina.com/publisher/scp/journal/CSB/61/14/10.1360/zk2016-61-14-1499?slug=abstract