李菂：打破边界

杨智杰

李菂

与李菂的聊天不用担心冷场，他愿主动开启一个话题。采访还没开始，他先递来一个信封，里面是四张关于“中国天眼（FAST）”的纪念卡片。2021年以来，李菂团队分别借用《千里江山图》《富春山居图》《洛神赋》和《故宫图册》的意境，记录FAST的主要成绩。仿王希孟的《千里江山图》的一张最为知名，这是为了纪念团队在2019年探测到数以千计的快速射电暴FRB121102。

快速射电暴，是目前已知的宇宙中射电波段最明亮的爆发现象，持续时间大约只有千分之一秒。这幅仿《千里江山图》中，起源未知的快速射電暴脉冲，跨越星系际，“漂流”进“中国天眼”，化作江河形状。水流每一个波动起伏，都来自于天眼真实的脉冲信号，层峦起伏的山脉，是观测到的不同时段快速射电暴爆发的数量。

李菂是中国科学院国家天文台FAST首席科学家，今年51岁，不似人们印象中科学家正统、严肃的形象。他在国家天文台只是研究员，没有行政职务。一人间的办公室，有小沙发、茶几、写字的白板、半人高的冰箱、书桌。白板上写满计算公式，但旁边的冰箱上贴满冰箱贴。书架上，王小波、夏目漱石、余秀华的作品和《普通天体物理学》《恒星的形成》摆在一起，展示柜陈列着动物木雕、贝壳、海螺等，记录他不同阶段的足迹。

他从不会只谈科学，话题涉猎很广，可以从电影聊到直播、考古以及美食，他喜欢在PPT中使用赵孟頫的字体。他也会看科幻小说，最喜欢的作品是《银河帝国》和《三体》，特别是后者。2023年10月，他参加世界科幻大会，遇到刘慈欣，他会跟大刘合照。看书时，他不会纠结太阳能不能发送引力波信号这类问题。“科幻的核心不是科，而是幻，我不会刻意去找bug破环了享受‘幻’的乐趣。”李菂说。

但让李菂投入精力最多的还是FAST。FAST全称500米口径球面射电望远镜，坐落在贵州，形似一口大锅，是全世界最大单口径射电望远镜，也是中国国民度最高的大科学装置。据李菂介绍，FAST在正式运行的近3年时间内，已承担超过400个观测项目，来自超过30个国家的首席科学家参与其中，诞生了一系列重要成果，包括九篇《自然》、两篇《科学》、相关成果连续两年入选中国科学十大进展。

问及为何FAST近几年系统性地产出成果，李菂在接受采访时，多次用“我们运气比较好”解释。FAST的概念在1994年被已故的中国天文学家南仁东提出，2011年项目开工，2016年落成，2020年通过国家验收，开始常规运行。

天文学是建立在观测基础上的学科，某种程度上，FAST产出大成果是“可预知的”。其灵感源自于美国的阿雷西博望远镜，建设于1963年，口径305米，在FAST落成前一直是世界上最大单口径射电望远镜，拥有一系列载入教科书级别的发现。它曾探测出世界第一例双中子星，这一发现获得了1993年诺贝尔物理学奖，此外它还首次发现毫秒脉冲星、太阳系外的行星系统。巧合的是，在FAST正式运行的2020年，阿雷西博望远镜因年久失修坍塌， FAST失去了最强劲的对手。而下一个“劲敌”——由中国在内的全球十多个国家合建的超级大科学装置“平方公里阵列射电望远镜（SKA）”，2021年才开工。这意味着，FAST在未来10年都将处于国际领先地位。李菂这一代天文研究者，幸运地赶上了窗口期。

另一个好运是，快速射电暴（FRB）是当今最热门的天文前沿领域之一，FAST恰逢赶上研究的时机。快速射电暴一次爆发的原始能量，理论上够人类社会用一万亿年。但直到2007年，人类才知道它的存在，但仅爆发一次后便无踪迹。2015年，阿雷西博望远镜捕获第一例重复快速射电暴FRB121102——李菂介绍，“121102”这一串数字，代表这一信号出现的时间，即2012年11月2日。但直到现在，人们仍不知道快速射电暴的性质、物理机制以及真正的起源，这吸引全球天文学家投入研究。

“基础研究有它的特性，一开始要坐很长时间的冷板凳，或者获得的正反馈没有那么多。你最初对它的好奇心和兴趣，是决定未来能走多远的至关重要的因素。”

2023年，李菂曾参加一次民间科学奖项的申请，一位评委提到，他们在函评环节收到一类有代表性的意见，直言李菂团队的研究成果，都来自于FAST，因此相关荣誉和功劳，应该给“天眼之父”南仁东。这个问题很尖锐，但李菂的回答是，“当然是这样。在观测天文学领域，没有先进的设备，肯定做不出成绩，天眼的功劳，当然主要归功于老一代前辈。”他在所有公开演讲中，都会强调以南仁东为代表的几代人对于FAST的重要性。作为有机会使用FAST的学者，李菂认为，他们是这一大科学装置的建设者，也是受益者，“在正确的时间，在正确的位置，尽可能把它用到最好”。

王培是中国科学院国家天文台副研究员，2014年博士毕业后加入李菂的研究团队，共同参与脉冲星系统发现、快速射电暴研究等多项前沿研究。在王培看来，FAST能在快速射电暴领域有突出表现，的确有偶然性，多数快速射电暴只爆炸一次，捕捉它，要靠运气。但在他看来，作为FAST首席科学家，李菂敏锐的学术判断力也起到关键作用，“他可以从学科发展规律上，把握我们应利用FAST做哪些研究，才能在未来5到10年保持世界领先，他对我们来说更像是一个旗舰掌舵者，把握学科发展的方向”。

2017年，“中国天眼”首席科学家、总工程师南仁东因肺癌去世。2018年，李菂接棒FAST首席科学家。实际上，最初几年，也是李菂压力最大的阶段。尽管2017年，国家天文台已利用FAST第一次探测到脉冲星，意味着中国射电波段的大科学装置具备系统产生原创发现的性能，但它尚未正式通过验收。李菂面临两大压力：一是FAST何时能有重大发现；另一个是，国内外的用户会将FAST与国际上的望远镜对比，“他们是按照运动员的要求进行评价，更苛刻”。王培注意到，李菂当时并没有把压力传导至团队，但李菂的头发在那段时间白得最快。

FAST的五大科学目标在建设之初已被明确，包括巡视宇宙中性氢、观测脉冲星、搜索地外文明信号等。2019年，李菂团队在50天内，意外探测到1652次FRB121102的爆发事件，超过此前快速射电暴领域所有文章发表的爆发事件总量。“当时还在FAST的调试期，我们看到这个数据都不敢相信，甚至怀疑是不是做错了。”王培在接受《中国新闻周刊》采访时说。也在那时，李菂意识到，原来FAST对极端活跃的重复快速射电暴，探测灵敏度非常高。王培提到，他们自此开始有规划地关注快速射电暴。

2020年5月，李菂团队在《自然》杂志上发表了迄今为止唯一一例持续活跃的重复快速射电暴FRB 20190520B，并找到其持续射电源对应体，为人们理解这一宇宙神秘现象打下基础，也是FAST后续多项研究的基础。王培解释，FAST是多科学目标巡天，团队肯定会挖掘这些数据，“但大家有了之前的探测经验，当我们看到2019年5月20日的数据时，会很快注意到它是特殊的，这才会有后续深入的挖掘，否则很有可能就把它当做普通的东西丢在一边了”。

2022年以来，李菂團队持续对快速射电暴的起源与演变进行研究。2023年5月，国际学术期刊《科学》发表了围绕“中国天眼”发现的最新成果，李菂组织的国际团队，通过对快速射电暴FRB 20190520B持续17个月的长期监测，揭示了快速射电暴可能的双星起源。

2020年之前，FAST在调试期，作为建设者，李菂时常往返于贵州和北京间。2020年1月11日，FAST通过国家验收，李菂的身份从工程师转变为天文观测者。“我们回到了一线科学家的自然状态，每天有各种各样的数据要监测和分析，有文章要改，只需要考虑如何做出超越性的研究。”李菂说。也是从2020年开始，赶上周末不出差，李菂会在微信上临时组局，请组内的研究员、博士后和学生在北京探店、喝咖啡。“临时”是有意为之，李菂不想让这个局成为领导的硬性任务，当天问，只有真正有空的人才会出来。

喝咖啡并不纯粹是为了休闲娱乐。上班时，大家在一起多是开组会，李菂日程安排得紧张，难有时间在学术上自由讨论。组咖啡局时，大家都背着电脑，喝着咖啡，李菂会给学生改论文，或者来一场“coffee chat”，聊天散漫，一坐便是一下午。

不同于其他学科，人类对浩瀚的宇宙仍知之甚少。王培向《中国新闻周刊》形容，射电望远镜，是另一种“感官的延伸”，帮助人类去看人眼看不到、但思维可以触达的地方，观测宇宙不同阶段的演化过程。射电望远镜每观测一次，相当于对天体辐射的电磁波进行一次的完整采样，所得数据中，99.99％可能都是噪声。如何从噪声中剥离出有价值的信号，要有好的观测工具和技术，更重要的是，研究者要提出一个好的想法或问题，这比解决10个普通问题更重要。

每次聚会前，王培都会整理一些最近想做却没有做、或看上去“不靠谱的想法”，在一个“不靠谱的时间和地点”，跟李菂简述，看是否可行。王培提到，天体物理的关键在于如何把一个问题想明白。李菂跟大家交往没有架子，愿意跟团队年轻人平等交流。有时候，李菂也会分享他在研究中的思考或在国外交流的见闻，话题很发散。但王培也注意到，有时候大家提到的想法确实很好，他们会记下来，正式调研可行性。

在李菂看来，国内缺乏在非严肃的场合讨论学术的轻松氛围，他也有意识想打破沉闷的学术研究边界，把同事中拉到真实生活中，这可能会产生更有效的思想碰撞。目前，他们团队不少创新探索或发表的成果，都和当时的讨论息息相关，其中包括“宇宙触角”。

12月15日，《中国新闻周刊》在李菂办公室采访时注意到，茶几上摆着一个3D打印模型，据介绍，这是其团队最新构想的一种非典型“望远镜”。这一“望远镜”外形不像熟悉的“太阳灶”，而是一个平台上有多个“触角”，它实际上由铁丝网构成，每一个“触角”相当于一个天线接收单元，李菂称其为“宇宙触角”，目前还在概念设计初期。传统望远镜只能接收固定方向的光，但铁丝网接收的光照可以来自各个方向，它的优势在于，当“宇宙触角”布局足够多，它探测到快速射电暴的数量也可能会超越“天眼”。王培记得，2023年年中，大家原本只是想在FAST的基础上更新设备，聊到技术方案，大家提到能否改变望远镜的外形，又发散到算力并网、超算中心等国内产业新趋势，最终想出了一个全新的概念。

在王培看来，李菂在研究中也从不给自己设限，总是在超越原有领域，寻找新的目标。在美国读研究生期间，他的导师几乎从不限制他，任由他根据兴趣和好奇心自由探索。加入FAST之前，李菂在美国射电天文领域已有建树。2002年，李菂从美国康奈尔大学博士毕业后，先后在美国哈佛—史密松森天体物理中心做天文学者，在美国宇航局和加州理工学院做研究员。他原创过一种宇宙氢的全新观测方式，2010年，因对世界最大空间望远镜赫歇尔望远镜的贡献，获得美国宇航局优秀团队奖，成为该团队奖获得者中唯一的中国籍科学家。

2002年，刚毕业的李菂在国内开会时遇到南仁东，主动询问FAST筹建是否需要年轻科学家加入，当时遭到南仁东的拒绝。“他说你别回来，你这种在国外现在就是充电，你回来就是放电，所以你还是回去接着充电。”李菂说。2008年，李菂被中国科学院聘为兼职FAST项目科学家，2012年回国，加入国家天文台，参与FAST建设。研究快速射电暴前，李菂主要研究方向是分子谱线的射电观测，研究恒星形成。快速射电暴等领域与之相比，都用射电望远镜观测，但两者研究的自由度、关注的对象、所处理的数据也完全不同，需要研究者付出巨大的努力。

经历了FAST探测到FRB121102和FRB20190520B两大里程碑事件后，李菂团队更清楚自己的优势，以及未来应做什么研究。2021年以来，王培发觉，李菂思维的“迭代速度”在明显变快。快速射电暴作为新兴领域，国际同行竞争激烈。想要研究它，大致有三个阶段：一是先发现数量足够多的快速射电暴，二是在此基础上深入观测，最后去寻找它的定位。这三步中，FAST因高灵敏度、观测距离远，与其他望远镜相比，只在第二个环节有优势。用王培的话说，“中国的相关研究没有形成闭环”，想要长期发展，需要把其他两步补齐。

“宇宙触角”能捕获信号的效率远超“天眼”，是李菂近期研究的重点方向之一。但另一面，它需要的计算量巨大，要结合大型智能计算。李菂会推荐同事走出本专业，去和超算领域的专家学者交流和合作。王培提到，目前，这种灵活的合作方式，逐渐成为了团队的风格。为了解密快速射电暴的来源与特性，他们还会跟高能物理、等离子体物理等其他学科的专家合作。

作为天体物理学家，李菂记不住天上有多少星座，让他着迷的是探求宇宙演变机制。“我们所做的事，不光是领先世界，而且是领先全人类。在天文这种‘远离现实’的基础研究领域，只有人类迄今为止没有做过的事情，才是值得做的事情。”

在他看来，做好一件事情有两个前提：热爱，擅长做。两者的顺序不能调换。“一个人如果对一件事足够感兴趣，未来会擅长做它。但如果一个人只会编程和计算，对天体物理没太大兴趣，写论文都会痛苦。”“基础研究有它的特性，一开始要坐很长时间的冷板凳，或者获得的正反馈没有那么多。你最初对它的好奇心和兴趣，是决定未来能走多远的至关重要的因素。”李菂对《中国新闻周刊》说。

他是“中国天眼”的建设者，更是这一大国重器科学目标的掌舵人。他带领团队探索亿万光年外的宇宙深处，解析恒星的形成，被称为世界上望得最远的“科学天团”。该团队的成果连续两年入选中国科学十大进展，也让中国在射电天文学这一前沿领域跃居国际第一梯队。他坚信好奇心是科研的原动力，基础研究并非一定是为了“有用”。置身天文学这一古老又现代的领域，他致力于带领团队去拓展人类的认知边界。

中国科学院国家天文台FAST首席科学家。2019年起，他带领团队在快速射电暴领域取得一系列突破性进展，相关研究连续两年入选中国科学十大进展。