仰望宇宙的“对话”(附照片)
本报独家专访诺贝尔奖获得者丁肇中教授
姚诗煌
物理世界，充满了人类未知的玄机与奥妙，以及对未来的展望。
2011年5月15日，在诺贝尔奖获得者丁肇中的主持下，重达七吨的宇宙射线探测器——阿尔法磁谱仪2号 (AMS-02)，随着“奋进号”飞向了国际空间站。开始了人类在外太空对宇宙射线的科学探索，这个探索，将给人类带来重大的发现。
仅最初的三个月，AMS-02所收集的宇宙射线数据就超过了科学家在以往五十年中获取的宇宙射线数据的总和。在欧洲核子研究中心，丁肇中与研究人员二十四小时保持与宇宙的联系。它的深处，是否隐藏着一个反物质的世界？
2011年5月15日，美国奋进号航天飞机运载着重达七吨的宇宙射线探测器——阿尔法磁谱仪2号(AMS-02)，从肯尼迪航天中心升空，飞向国际空间站。这是奋进号的“绝唱之旅”，也是美国航天飞机的最后第二次发射。四天后，奋进号抵达国际空间站，顺利地将AMS-02卸装在预定位置，经四小时的调试，就发回了宇宙射线的数据。仅最初的三个月，AMS-02所收集的宇宙射线数据就超过了科学家在以往50年中获取的宇宙射线数据的总和。
八月中旬，主持AMS项目的诺贝尔奖获得者丁肇中教授邀请笔者前往AMS项目的研究基地——欧洲核子研究中心(CERN)访问。在CERN为AMS项目新建的实验楼里，丁教授向笔者详细介绍了这一科研项目十七年来的艰难历程、探索的重大意义以及对未来的展望。
AMS的探索，将给人类带来重大的发现
笔者：丁教授，自2003年您邀请我来CERN参加AMS-02的一次综合性汇报会，已经八年了。此期间，AMS项目经历了许多艰难与曲折，终于送上了国际空间站。首先，向您表示祝贺！
丁肇中：谢谢。5月15日发射成功后，我收到了很多邮件，当时正忙，多数来不及回复，但看到有一封是文汇报发来的，我立即回复了。
笔者：是的，收到您的回信后，文汇报第二天就在一版发表了报道，介绍了您就读者关心的问题所作的回答。文汇报科技部要我转达对您的感谢。
丁肇中：我给你看当时的这段录像。(丁教授点击自己电脑显示屏上的一段视频，挂在墙上的大屏幕上出现了奋进号发射时的场景。)你看，2分03秒，航天飞机的两个火箭助推器脱落。这时，我才稍放松。航天飞机出事，一般都在这2分03秒之内，这是最为关键，最具风险的时刻。然后，是燃料箱脱落，掉落到印度洋。
好。奋进号已与空间站对接，马上要卸装AMS-02了。在没有重力的情况下，这七吨重的仪器，用手指即可推动。此时AMS与空间站之间的相对速度为零，但国际空间站正以每九十分钟绕地球一圈的速度在运行，绝对速度达到每小时二万公里，吊车必须慢慢地、小心翼翼地将AMS吊起，然后递给空间站上的吊臂，再准确地将其放入预定的位置。为了这个动作，操纵吊车的四位宇航员，在游泳池里训练了一年。
笔者：真是看似举重若轻，实为举轻若重。
丁肇中：是的。这段画面是我在中央控制大厅与宇航员进行对话。首先对话的是机长马克·凯利。这位48岁的空军上校，是资深宇航员，曾多次搭乘航天飞机执行任务，今年一月，他的妻子、国会议员吉福兹遇刺，惊动了全美。他不顾个人悲伤，继续执行这次飞行任务。你看大屏幕，太空中的凯利竟然头足倒立着，所以我脱口而出的第一句话就是：凯利，你怎么头朝下的？凯利笑了：教授，我看到你也是头朝下的。
笔者：噢，这是否就是物理学的基本道理：上与下，不是绝对的;其实，正与反也是相对的吧？
丁肇中：是的。对于反物质世界来说，我们这个正物质世界，不也是“反物质”吗？可见，正与反，也不是绝对的。物理世界，充满了玄机和奥妙。所以，AMS的科学探索，是非常有意义，而且是引人入胜的。奋进号机组一共有六名宇航员，其中有四位是上校，他们来自美国、德国、意大利。你看，他们都很兴奋，每位都讲了话，说能参加这次运载AMS的任务，感到很光荣。相信AMS在国际空间站进行的探索，将给人类带来重大的发现。
观测带电粒子的“哈勃望远镜”
笔者：然而，这么重要的科学实验，却差些半途夭折。听说，事情的转折，是您在美国国会的五分钟演讲。能介绍一下演讲的内容吗？
丁肇中：这不是演讲，是在美国国会听证会上作证。2005年10月，我与夫人正准备去度假，临上飞机前，接到国会的信，参议院的商业、科学、交通委员会邀请四个获得过诺贝尔奖，现在还在工作的人去作证，内容是“美国科学的未来”。我对美国科学的未来不了解，本想不去。我夫人建议，你可以趁此机会，讲一下AMS。于是，我就答应了，并要求在听证会的会场上设两个投影屏幕。我准备了几张图片。旅行期间，我都在做准备，这五分钟内，如何讲好。那天，我前面的两位都是照稿念，我没有稿子，主要是环绕着那几张图片做解释。讲的主要内容，是国际空间站的意义、大爆炸宇宙学是如何来的、为什么国际空间站最适合做这种实验。我讲完后，参议院的委员会主席和很多议员们，问了我不少问题。我当时的感觉是他们对科学很有兴趣。
笔者：议员们提出一些什么问题？
丁肇中：他们有人问：为什么过去我们不知道国际空间站能做这些事情？我说：其实，国际空间站应该能做很多重要的事情；又有人问：现在为什么不能放到国际空间站去？我说：因为AMS-02计划被美国航空航天局取消了。有人还问：AMS-02上面的这些仪器，是怎么制造出来的？我说：这些仪器都是世界上没有的，以前认为，要制造这些仪器很困难，但经过世界各国的共同努力，我们都做出来了。他们又问：美国航空航天局做了什么？我说：这个项目是美国能源部支持的，欧洲、亚洲参与项目的国家都很支持。美国航空航天局不参与实验装置的制造，但负责帮助我们升空，由航天飞机运送到国际空间站。
笔者：现在，大家对国际空间站的未来有很多担忧，最近就有报道说，国际空间站将会变成“空窠”；而您的AMS计划，是否为空间站发挥新的作用提供了机会？
丁肇中：建造国际空间站，花了一千多亿美元，但没有做过重要的科学实验，常常受到来自科学家的批评。因此，应该充分利用空间站这个平台，做地球上无法做的一些基本实验，包括对宇宙的探测。AMS-02就是为此设计的。
笔者：能否这样说：AMS-02开创了在太空探测宇宙射线的先河。
丁肇中：是的。宇宙有两种射线，一种是光子，它没有质量，过去五十年，我们对宇宙的了解，主要是通过测量光子，包括哈勃望远镜。但对来自宇宙的带电粒子，知之甚少。由于这些粒子在进入地球大气层后，被大气吸收或相互作用，所以从地面上测得的宇宙射线，主要是次生粒子。要直接了解来自宇宙的带电粒子，必须到大气层外的太空测量，而空间站提供了这样的条件。AMS-02放在空间站后，将是人类第一次有系统、有计划地测量来自宇宙的带电粒子，包括反物质和暗物质粒子。因此，AMS-02被称为“观测带电粒子的哈勃望远镜”。
笔者：那么，射电望远镜能起这种作用吗？
丁肇中：射电望远镜接受的是电磁波，其实光子也是电磁波，而带电粒子不是电磁波；因此，对宇宙中带电粒子的探测和研究，还基本处于空白。我们相信，对宇宙带电粒子的测量，一定会大大地丰富人类对宇宙的既有认识。
我们每天都在与宇宙对话
笔者：AMS-02在国际空间站已有三个月了，您能否透露一下，已有什么发现吗？
丁肇中：几乎所有采访我的人，都提出了这个问题。我可以告诉你，这三个月来，AMS-02所收集到的宇宙射线数据，已达到五十亿个，超过了以往五十年科学家获得的宇宙射线数据总和。比我们原先预计的多了五倍。如果AMS-02能在国际空间站工作二十年，收集的数据将超过5000亿个。
笔者：一个数据，是否就代表着一个带电粒子？
丁肇中：是的。尽管我们还不能说在这么多的数据中，已经发现了什么，但我们已看到了能量高达2400亿电子伏的带电粒子。来自宇宙的高能粒子，能量远远高于加速器中的粒子。加速器产生的粒子，能量最高是10的12次方电子伏，即一万亿电子伏；而宇宙射线的粒子能量，最高的可达到10的20次方电子伏，比大型加速器产生的粒子，能量还高一亿倍。
笔者：加速器对于物理学的发展，尤其是高能物理学的发展，起到了重要的作用；但是，随着加速器越造越大，投资越来越高；而正如您所说的，宇宙其实就是一座能量最高的加速器。AMS项目，就是利用这座宇宙加速器，把粒子探测器搬到了太空。这对于高能物理的研究，是否开辟了一条新的途径？
丁肇中：我们所在的CERN，地下一百米深处有世界上最大、能量最高的加速器，周长27公里。再要造更大的加速器，就没有那么容易了。美国原要建造周长八十一公里的超导超级对撞机(SSC)，最后放弃了。所以，粒子物理学再要向前发展，找到新的粒子，越来越困难。在这种情况下，借助于宇宙这座能量更高的粒子加速器，是一种办法。为此，产生了一门新的学科——粒子天体物理学，把研究微观的粒子物理学和研究宇观的天体物理学彼此结合了起来。AMS就体现了在这两个方向上的结合。
CERN对我们的工作非常支持，称AMS-02项目是“缩小版的CERN”，特地为我们建造了这幢独立的实验楼。
笔者：我觉得CERN是非常有远见的，他们把发展的视野，从地下拓展到了太空。怪不得这几天我看到一批批参观者，来参观这幢实验楼。你们这里已成了CERN的一道新的风景线。
丁肇中：他们很有兴趣，CERN不仅有世界上最强大的对撞机，还有这么一个能与宇宙对话的实验室。
笔者：你们每天接收、分析这么多来自宇宙深处的信息，二十四小时地保持着与宇宙的联系。那么，在与宇宙的对话中，宇宙将会告诉您什么？
丁肇中：我想，宇宙首先会告诉我们，在它的深处是否隐藏着一个反物质的世界？根据大爆炸宇宙学，宇宙开始的一瞬间，产生的物质与反物质应该是等量的。但是，为什么包括我们自己在内的世界，都是由正物质构成的，那些反物质到什么地方去了？还有暗物质，究竟是什么？这就都是AMS-02探测的目的。我刚才说过，我们收集到的宇宙射线数据，已超过了我们预想的五倍，所以AMS-02还会有什么新的发现，现在很难预见。物理学实验，往往会“有意栽花花不开，无心插柳柳成荫”，而新的发现可能和原来想象的完全不同，甚至一点关系也没有。为什么呢？因为这是在科学的最前沿做探索，你面对的都是新的、未知的东西，假设你能预先推测到的话，就没有什么意义了。
笔者：AMS-02在国际空间站将工作这么长时间，一定会有很大的收获，在人类未知的领域，对宇宙、对新的粒子，获得新的发现。我想，全世界都将期待着这些新发现。您领导的AMS项目，真是意义重大。
丁肇中：谢谢。
