自古以来，宇宙就是人们关注的对象，历史上曾出现过各种各样的宇宙学说。宇宙的“大”和人类的“小”形成了鲜明的对比，人生的长度和宇宙的年龄相比更是相形见绌。可是，人们生活在宇宙中，宇宙也可以在人们的心中。我们可以去漫步太空，遨游宇宙。

 

在这方面，北京师范大学天文系天体物理教研室主任张同杰教授无疑是探索先锋中的一员。与航天工作者不同的是，张教授所研究的领域是天体物理学中的宇宙学，他所扮演的角色是一个“仰望星空”的人，不断地求索和追随辽阔而深邃的宇宙。

 

高鹤：宇宙在我们普通人眼里仅仅是一个空泛的概念，而在科学家眼里则是一门严谨的科学，您正是一位研究宇宙学的科学家，能谈谈两者的区别吗？

 

张同杰：两者区别很大。普通人眼里宇宙的概念，一般是通过观看科幻电影或者阅读科普读物、哲学所形成的。事实上，科幻电影和科普读物也是根据自然科学的一些知识进行了一定程度的艺术加工创作而成的，哲学也是直接来源于自然科学。

 

科学家眼中宇宙的概念，是以宇宙整体为出发点的。在时间上，宇宙的年龄大约是137亿年；在空间上，再过10年或者20年，天文学家通过光学望远镜、射电望远镜或者其他更为先进的望远镜可能把整个宇宙都观测到。研究宇宙学，目的是想了解整个宇宙的起源、演化过程等等，也包括地球在宇宙学背景下是如何产生的。这是站在一定的高度上去研究，从物理的角度和化学的角度，而不是停留在朴素的观念上。毕竟科学幻想与真正的科学是有区别的，它们的科学性不是那么强。当然，科学家也应该写一些科普作品，因为宣传宇宙知识也是必要的。

 

高鹤：您是怎样走进天体物理和宇宙学研究的？在求学道路上，有哪些人或事给您留下了深刻的记忆？

 

张同杰：我小时的梦想是成为一名数学家。我来自农村，当时条件有限，我没有机会读高中，只读了中专——山东省平原师范学校。 中专毕业后被推荐参加高考，走进了山东德州师专（现德州学院）物理系。虽然物理学也离不开数学，我当时还是想过转去数学系学习。但是接触了更多物理学知识之后，发现我对物理学更感兴趣，特别是把物理学的基础掌握得更扎实之后，反而觉得数学缺乏比较实际的东西，相对来说较为枯燥。渐渐地我对天体物理产生了浓厚的兴趣，1993年考取了中科院上海天文台的研究生。从研究物理学发展到研究天文学，其间跨度就没有那么大了，因为二者关系较为密切，物理学中很多理论都是从天文学观测总结而来的。

 

在德州师专读书时，贺金玉老师（现任德州学院院长）在人生目标的规划方面的点拨和鼓励，使我终生受益，没有他的指点我不可能取得现在的成绩。在中科院上海天文台读研究生时，宋国玄和沈有根老师对我影响很大。他们引领我进入天体物理真正的研究领域。此外，两位导师高尚的人格和严谨的治学态度对我也有很大的影响。

 

高鹤：在天体物理方面，您有哪些重要的研究成果？

 

张同杰：谈不上重要成果，我近几年主要在两方面做了研究，一方面是宇宙学的数值模拟方面，我们开展了弱引力透镜方面的研究。在距离很远处有一个天体或类星体等，它发出的光经过星系或者星系团到达望远镜时，会发生引力透镜效应，因而该天体或类星体可能会形成几个像，如果背景是一个星系，星系的形状就会发生变化，这是引力场的扰动造成的。目的是为了确定宇宙中这些物质的含量，目前能够观测到的宇宙中物质成分占了30%左右，其中包括用一般的电磁波能探测到的重子物质，以及只能间接探测到的暗物质，而另外70%左右则是暗能量，是我们目前很难直接观测到的组成部分。在我们的银河系、星系团和大尺度结构形成的过程中，它们是从早期很小的密度扰动，经过了引力不稳定性慢慢从非线性阶段到线性阶段而逐渐形成的。在经过非线性阶段的时候，损失很多信息，我们观测到的只是复杂的非线性阶段之后的结果。我们通过小波技术，利用数值模拟出的图像，能有效找回损失掉的信息，找回的信息越多，我们对宇宙的理解也就越清楚，这是我们最近几年做的非常有意义的工作。我和研究生于浩然关于这方面最近的研究成果已经在国际著名刊物《天体物理（The Astrophysical Journal）》杂志上发表。

 

另外一方面，是我们从2006年以来一直做的一项工作国际前沿问题，即利用哈勃参量数据对宇宙学模型进行限制。在我们做这项工作之前，美国有一个小组，通过利用星系的年龄而得到的数据，对标量场的势进行了限制，但是他们没有把这批数据用在宇宙学参量的限制上。宇宙学参量就是指宇宙中物质占多少暗能量占多少等数据情况，我们是国际上第一个把这批数据应用在宇宙学参量限制上的科研团组，现在国际上很多这方面的研究同行都在关注我们的这项工作的成果，所以引用率很高。目前我们被邀请写了一篇关于这方面研究的综述性文章，已经在美国Advance in Astronomy上发表（Advances in Astronomy Volume 2010 , Article ID 184284, 14 pages）。另外，我和研究生马骢在这方面做了更加深入的工作，即对这批数据做了一个模拟，研究模拟出的数据在将来对宇宙学参量的限制能力。我们的工作将The Astrophysical Journal杂志2011年3月第729卷第2期发表。

 

这两方面工作近几年在国际上是很有影响的，目前项目进展状况良好。第一个项目我们和加拿大理论天体物理研究所、美国亚利桑那大学物理系的天体物理学家进行合作，进展非常顺利，第一项工作结束之后马上还会有一系列的工作紧接着进行。现在我们把小波技术应用在大尺度结构形成过程中的信息损失降低上，可以说开创了一种新的研究思路，我们还设想把它运用到天体物理结构形成的各个领域中，比如引力透镜等方面。这个项目虽然只是一个开端，但是已经得到了国际的公认，论文还没有发表就已经被引用了。关于第二个项目，因为现在哈勃参量的观测数据还不多，将来会越来越多，所以前途更是不可限量。至于我们对这些数据所进行的模拟所呈现出的对宇宙学的参量的限制能力会有怎样的效应，随着未来对宇宙观测的更深入、数据的增加，我们的工作会得到进一步的验证。

 

高鹤：关于宇宙运行的周期，发展变化规律，一直有很多普通科普爱好者乃至公众都很感兴趣，比如前一阶段流行的“2012世界末日说”，您对这方面有什么看法？未来的宇宙将有怎样的变化发展？

 

张同杰：人们对它的关注是有原因的，最近几年自然灾难很多，海啸、火山、地震等频繁发生，人类去思考这些问题很正常。这些大量的自然灾害，与人类对地球肆无忌惮地开采、掠夺是有关系的。人们更应该从科学角度，不应该从迷信的角度去看问题。关于“2012”的问题，我在美国的时候，很多宗教人士的观点都不尽相同，他们是从圣经的角度谈世界末日，同样信仰基督教的人之间的观点也是有矛盾的。当然我们是从科学的角度思考问题，我们天体物理学家是不相信世界末日的。我认识一个著名的宇宙学家，他曾经计算过“世界末日”，也就是地球被毁灭的概率。他使用的是科学的方法，考虑了各种因素，比如地球上大的自然灾害，小行星撞击地球或者附近超新星爆发后喷射的物质流扫过地球并对地球产生威胁等因素。他得出结论：在未来10亿年之内，地球被毁灭的概率是很小的，当然不排除地球上大量能源的耗费，大量的污染对生态的破坏和对地球局部的破坏，但综合几个重要的因素来看，他的推算是没什么问题的，这篇文章发表在Nature杂志上。“2012”的预言是玛雅文化的一部分，很古老，很深邃，我们看玛雅文明应该像看神话故事一样，所谓的预言是没有什么科学依据的，从宇宙学角度来看，这是不可能发生的。但是我们如果不爱惜我们的地球，迟早会受到自然规律的惩罚的。

 

高鹤：我们从您的经历中了解到，您走访过很多个国家的研究机构和高校，您在学术交流中有什么样的心得和体会？

 

张同杰：近十年之中，我访问过美国、加拿大、法国、意大利、日本等国家的一些国际顶尖大学和研究所，与国际知名天体物理学家进行讨论合作研究，深感国外研究机构学术管理的合理性和学术氛围的科学性。

 

我2002年至2003年作为国家访问学者访问了多伦多大学加拿大天体物理研究所，多伦多大学物理系和天文系的研究生除在本系外还可以在加拿大天体物理研究所选择任何导师作研究。在5年的博士生学习中，学生在前两年要换几个方向，跟不同的导师作研究。在最后两至三年之中确定一个大的研究方向。另外，加拿大和美国的暑期很长，有3个月，政府会在暑期资助本科生到大学和研究所跟教授作研究，即暑期学生（summer student）。这样的机制能够较早地让本科生进入科研领域。在2005年至2006年，我获世界实验室资助前往美国亚利桑那大学物理系进行博士后研究。亚利桑那大学天文系每天上午10点的coffee time令我印象至深。每周一到五的coffee time中教授和研究生都可以讨论学术问题，也可谈学术之外的问题。这样的交流大大增强了研究生与教授之间的沟通。回国后我也在指导研究生过程中特别注意培养学生研究的广度和深度，在一个研究领域进行不同方向的研究。我的研究生除了跟我作研究外，还要到其他大学和研究机构和国外其他导师合作研究。这样大大开阔了学生的研究面，已经取得了很好的效果。

 

我们的研究团队虽然现在还不是国内天文界成果最多、最好的，但是我们一直在努力着，相信我们一定会最终走在国际研究前列。

 

古希腊第一位哲学家泰勒斯号称“科学之祖”，相传他晚上走路，头望星空，看出第二天有雨。但一不小心，一脚踏空，掉进泥坑，后被人救起。第二天果然下了雨。有人讥笑哲学家只知道天上的事情，却看不见脚下的东西。然而，温家宝总理说：“一个民族只有拥有那些关注天空的人，这个民族才有希望。如果一个民族只是关心眼下脚下的事情，这个民族是没有未来的。”哲学如此，科学亦如此。

 

张同杰采访中也提到了温总理的这首“仰望星空”。“我们所研究的项目都是学科上比较前沿的问题，前景都是非常好的，”他这样说，“但是，同时我们也要脚踏实地，克服受体制影响所形成的浮躁风气。”

 

这就是踏实努力、硕果累累的张同杰教授和他的科研团队，他们正用实际行动谱写着青春，诠释着梦想。

 

《科学时报》 (2011-3-9 A8 人物)