科技人物中国的“慧眼”——李惕碚

  李惕碚(1939——),出生于重庆北碚,高能天体物理学家,中国科学院院士。“天体高能辐射的空间观测与研究”首席科学家。专著《实验的数学处理》获1977-1981年全国优秀科技图书奖。

  ●2017年6月15日,一颗名叫“慧眼”的天文卫星发射成功,顺利进入预定轨道,开启了我国空间科学研究的新里程。

  “慧眼”是我国首颗空间硬X射线调制望远镜卫星,英文简称HXMT。它的主要研究对象是黑洞、中子星、伽马射线暴和暗物质、暗能量等。这颗“慧眼”卫星从构想到诞生,凝聚了李惕碚院士多年的心血。通常硬X射线探测最大的困难是成像非常难,而“慧眼”卫星之所以被称为“慧眼“,是因为它使用了新的成像方法,能够使用造价便宜的准直探测器的扫描数据,来实现高分辨率的成像。而这个“物美价廉”被称作“直接解调”的新成像技术,正是由李惕碚和他的老搭档吴枚研究员一起发展建立起来的。

  “慧眼”重约2.5吨,载荷重量981公斤,其上同时安装了高、中、低能三组X射线望远镜,实际上是一座小型空间天文台。

  “慧眼”还能给宇宙中诡异的中子星(脉冲星)“把把脉”。我们还不清楚中子星的内部是什么。它们具有超强的引力场、电磁场和核密度,可谓极端物理的天然实验室。通过研究中子星的X射线,我们可以测量其表面的磁场强度,研究高密度、强磁场下物质的性质。

  说到这个新成像技术的建立,李惕碚感慨是被当年的环境给逼出来的。原来,最早期的硬X射线探测器采用的是利用高空气球搭载,在大气层之上进行观测的传统成像方法,成本不菲,而且有高能光子很难聚焦,银河官方官网无法使用反射镜之类设备。当时国外最先进的成像方法叫作“编码孔径成像”,但这个方法对探测器的设计要求非常高,造价同样不菲。一个简单的比较就可以说明问题:同时期美国一个高空气球上的硬X射线仪器的研制要花几百万甚至上千万美元,而我国的球载探测器,即使作为中科院的重点支持项目,也只能获得几十万元人民币的支持。

  面对这一困难,李惕碚和他的团队没有退缩,“既然硬件做不起,那我们就自己创造新的成像方法”,这最终促成了直接解调成像技术的建立。有了自主的成像方法,李惕碚开始了“慧眼”计划的推动。2011年,“慧眼”卫星计划正式立项:2016年,“慧眼”研制成功;2017年,“慧眼”上天,正式开始它的科研使命。“慧眼”的投入使用,极大地提高了中国在空间科学领域的国际地位和影响力。

  李惕碚与科学结缘,还要从他小时候读的哲学杂志说起。1939年出生的李惕碚在10来岁时,从一本名叫《学习》的杂志上读到了马克思主义的启蒙读物《社会发展简史》,一下子就被里面的内容吸引住了。他惊奇地发现,原来人类社会的不同阶段都可以用科学理论来解释,这让他觉得不可思议。中学时,他接触到量子力学,被其中光的波粒二象性的哲学争论所吸引:原来光既是粒子,又是波,表面看来完全不同的两种状态,竟然可以同时存在。除此之外,还有著名的关于薛定谔的猫”的论述,那只关在盒子里的“薛定谔的猫”,既是活的,又是死的。哲学与物理学之间那种天然而深刻的联系,让他决定在高中毕业后选择物理学,主攻原子能科学技术。

  在大学求学期间,为了理解复杂的社会现象,李惕碚花了大量的时间阅读哲学经典,书本成了他的精神食粮。而在此期间形成的学习方法和思维习惯,造就了李惕碚之后数十年科学研究的风格:不迷信权威,不人云亦云。

  李惕碚在领导建设高能天体物理数据库及分析系统的基础上,取得了多项重要成果。他在实验数据分析方法方面也卓有建树:建立了准确处理稀有事例的置信分布方法;导出了估计对象-背景观测可靠性的公式,被命名为李-马公式,已在国际多学科研究中广泛使用;创立了对象重建的直接解调方法;发展了在时域上研究快速变化现象的一套新方法。李惕碚的一生科研成果显著,都是他一步一个脚印慢慢前进和摸索出来的。

  如今,年近八旬的李惕碚没有停下脚步,依然过着简朴的生活,在校园里踩着单车,思考着“宇宙起源和结局”这样的大问题。浩瀚宇宙,广阔无垠,尽管科研之路艰辛而漫长,但在人类对宇宙的探索之路上,我们中国人不会缺席。

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