——记摘得上海市自然科学牡丹奖的青年科学家袁峰

    如果今天再来拍《星际穿越》，主人公可能没那么容易掉到黑洞里面。中科院上海天文台天体物理研究室主任袁峰，把人们对黑洞的理解又往前推进了一步，他通过大型计算机数值模拟，发现一个新的令人惊异的现象：黑洞在吞噬周围气体的同时，也会将很多气体抛出去。从黑洞控制气体的势力范围开始量度的话，真正能掉落到黑洞中的只有1%，其余的99%都被甩出去了。这一发现解决了黑洞吸积盘领域长达十多年的争论。

    这是袁峰对黑洞研究众多成果中的一个。多年来，凭借自己以及团队的努力，袁峰把中国黑洞研究引领到国际一流水平。不久前，他被授予上海市自然科学牡丹奖。

    科学就是不盲信权威

    所谓黑洞吸积，是指当气体围绕在黑洞周围时，由于黑洞引力很强，吸引气体往黑洞里掉落的现象。由于黑洞在宇宙中的普遍存在，天体物理中很多研究方向是以这个理论为基础的。

    1999年，来自普林斯顿大学、剑桥大学等名校的三位教授合作，完成了第一个黑洞吸积流的整体数值，发现一个称为“质量吸积率”的物理量距离黑洞越近变得越小。为解释这一结果，科学家们提出了“对流”和“外流”两个理论模型。“对流”派的提出人是美国科学院院士、哈佛大学的纳拉扬(Narayan)教授，“外流”派的提出人是美国科学院院士、美国天文学10年规划的总负责人、斯坦福大学的布兰德福德(Blandford)教授，十多年来谁也说服不了谁。

    黑洞周围的气体到底是在打转(对流)还是逃逸(外流)了出去呢？2012年，袁峰的科学灵感来了。他对黑洞吸积的气体进行了大规模数值模拟，然后基于这些模拟数据进行了巧妙的理论分析，结果发现，靠近黑洞附近的气体居然大部分被甩了出去，这一现象证明，黑洞附近有大量的“外流”存在。

    在进一步的研究中，袁峰弄清楚了由三个力使气体被甩出———一是气体旋转产生的离心力，二是电荷在磁场中受到的洛伦兹力，三是气体压强梯度力，三个力的联合作用是如此强大，以至于能够抵消黑洞引力。实际上，黑洞吸积的数值模拟国际上做了很多，但袁峰这一工作的关键之处，是如何利用模拟数据进行巧妙的理论分析。“做科学就是这样，好的想法比其他任何东西都重要。”

    袁峰的这一结论，实际上宣告了“对流”派学说的破产。要知道，这一学派的提出者纳拉扬教授正是袁峰当年在哈佛大学做博士后研究时的合作导师，而这一“对流”模型是他最重要的工作之一。在科学界，对真理的追求比师长的权威更重要。

    科学就是“日拱一卒”

    迄今为止，关于黑洞吸积方程有四个解，分别针对不同的参数区间。第一个解是上世纪70年代由苏联的苏亚耶夫(Sunyaev)提出的，被称为“标准薄盘”解，在这个解中，被吞噬的气体温度较低，积吸盘很薄；第二个解是波兰天体物理学家阿布拉莫维奇(Abramowicz)提出的，被吞噬的气体吸积率高，但温度也较低。第三个解由哈佛大学的纳拉扬教授提出，这个解中被吞噬气体的温度很高，但辐射效率很低，这个解较好解释了为什么宇宙中大部分星系中心的超大质量黑洞都比较暗淡。第四个解由袁峰提出，气体温度很高，辐射率也很高，这个解可用来解释那些观测到的明亮的黑洞系统的高能辐射的起源。

    有意思的是，提出第二、三个解的科学家，分别是袁峰的师祖和师父。袁峰说：“所有科学成果都是在前人所种下的科学大树上发的新芽，是研究上不断深化、细化的‘日拱一卒’。”

    如今，袁峰又开始投入到寻找黑洞吸积的“新解”的工作中去。宇宙这本大书是如此广袤，引得无数科学家在这条探索的路上乐此不疲。

    记者手记

    基础研究就是不问“有什么用”

    “请问，您不断寻求黑洞吸积方程的解，有什么用呢？”回国后，袁峰已经不止一次被问到这个问题。

    我们总喜欢问做这个研究有什么用，然而袁峰说他在国外做研究时，很少有人这样发问，大家总是很有兴趣地去研究为什么会这样，现象背后究竟发生了什么，因为探索真理是很自然的事情。

    在所有有关“有用”的问题中，以一封寄给美国航空航天局太空旅行中心　科学副　总监恩斯特·施　图林格( Ernst Stuhl i nger)的信最为著名，信上问“目前地球上还有这么多孩子吃不上饭，怎么能舍得为远在火星的项目花费数十亿美元”。施图林格回信说，通往火星的航行并不能直接提供食物解决饥荒问题，但它所带来大量的新技术和新方法，可以用在火星项目之外，这将产生数倍于原始花费的收益，拯救更多的人。

    基础研究带给人们的回报方式，往往出乎意料。人们如今习以为常的汽车、电视、互联网等等，它们都是基于基础研究的突破才出现的。袁峰十分佩服美国科学家能坚持40年在引　力波的追踪上，要知道在LIGO(引力波追踪装置)升级之前，人们连引力波的影子都没见到，然而这一研究还申请到了升级的经费，果然在装置升级期间，就探索到了引力波的踪迹。

    袁峰所在的天体物理领域，离着应用很遥远，他正在寻找的黑洞吸积方程“新的解”，也不知道最终是否能转化为生产力，然而人类点滴的进步，正由基于好奇心的、对大自然秘密的探索而来。

荐稿人：lry   2016-12-13     执行编辑：lry   2016-12-13    责任编辑：zjy  2016-12-13