太空浩渺深邃，驅(qū)動其誕生、演化、膨脹的隱秘“暗”物質(zhì)與能量長什么樣？萬物繁復(fù)多變，是否有一種統(tǒng)一而“簡潔”的理論和模型解釋所有現(xiàn)象？宇宙留下“時(shí)空漣漪”，如何捕捉這美妙卻微弱的信息？

宇宙圖景幽深、神秘，卻讓人如癡如醉。這便是中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院理論物理研究所研究員吳岳良面前的物理世界。

“宇宙充滿未解之謎，吸引著我不斷思考，挑戰(zhàn)自我、探索未知。”近40年來，吳岳良“仰觀宇宙之廣大，俯探學(xué)問之前沿”，努力做出世界一流的物理學(xué)研究。

大工程，探索“隱秘的美好”

近百年來，人類對宇宙的認(rèn)識取得了巨大的進(jìn)步。然而，仍有無數(shù)的謎團(tuán)尚未揭開。

其中，暗物質(zhì)、暗能量被認(rèn)為是21世紀(jì)現(xiàn)代物理學(xué)和天文學(xué)天空中的“兩朵烏云”。“它們是本世紀(jì)物理學(xué)中最大的科學(xué)問題，揭開這兩大謎團(tuán)，將帶來一場新的物理學(xué)革命。”吳岳良告訴《中國科學(xué)報(bào)》。

物質(zhì)粒子是宇宙的基本構(gòu)成之一。通俗來說，暗物質(zhì)就是既不發(fā)射光，也不吸收和反射光的物質(zhì)；暗能量即驅(qū)動宇宙運(yùn)動的一種“神秘”能量，兩者都不可被基于電磁波的現(xiàn)有技術(shù)直接觀測或檢測到。但事實(shí)上，逐漸累積的大量天文觀測數(shù)據(jù)通過引力效應(yīng)表明了大量暗物質(zhì)暗能量的存在，且成為了宇宙的主要組分，約占百分之九十五以上。

尋找暗物質(zhì)、研究暗能量的本質(zhì)，將對物質(zhì)、時(shí)空和宇宙的起源等基本問題有更深的認(rèn)識，這也成為國際物理學(xué)和天文學(xué)界研究的熱點(diǎn)。

10年前，吳岳良作為“暗物質(zhì)、暗能量的理論研究及實(shí)驗(yàn)預(yù)研”首席科學(xué)家，凝聚國內(nèi)相關(guān)優(yōu)勢力量向“兩朵烏云”發(fā)起挑戰(zhàn)。經(jīng)過10年的艱苦探索，研究團(tuán)隊(duì)取得了一系列具有國際影響力的成果。比如：在我國暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)探測方面，從無到有形成了地下到空間的直接和間接暗物質(zhì)探測兩個大平臺，突破了一系列關(guān)鍵探測技術(shù)；在理論研究方面，提出了解釋暗物質(zhì)的模型和機(jī)制，極大推動了實(shí)驗(yàn)的開展。在這個過程中，我國暗物質(zhì)的研究力量逐漸建立并愈發(fā)強(qiáng)大。

“通過項(xiàng)目研究，促進(jìn)了我國暗物質(zhì)理論與實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)合。暗物質(zhì)暗能量是在探索未知，在某種意義上，我們與國外同時(shí)起步，如今也處在同樣有競爭力的水平上。”吳岳良對10年來的進(jìn)步感到欣慰而滿意。

在科學(xué)家苦苦追尋暗物質(zhì)暗能量的蹤跡與奧秘之時(shí)，“引力波”被捕捉到了，這給了科學(xué)家們極大的鼓舞。

2016年，美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）宣布探測到了雙黑洞合并事件的引力波，同年，中科院也對外披露了我國引力波空間探測計(jì)劃——“太極計(jì)劃”。該計(jì)劃可追溯到2008年——在中科院的支持下，胡文瑞院士組織我國科學(xué)家對其論證，且在2012年由吳岳良代表中國空間引力波探測工作組在歐空局eLISA首次聯(lián)盟會議上報(bào)告該計(jì)劃。

按計(jì)劃，我國將在2033年前發(fā)射引力波探測衛(wèi)星組，進(jìn)行中低頻波段引力波的直接探測。吳岳良再次挑起重?fù)?dān)，擔(dān)任“太極計(jì)劃”的首席科學(xué)家。

吳岳良表示，“當(dāng)前我們觀察到的宇宙現(xiàn)象依賴于電磁相互作用，引力波是另外一種探測手段，而空間引力波探測則可以看到更廣、更深的宇宙信息和天體現(xiàn)象，包括暗物質(zhì)暗能量、宇宙早期形成與演化等。”

2019年12月25日，我國首顆空間引力波探測技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“太極一號”在歷經(jīng)4個月嚴(yán)格測試和實(shí)驗(yàn)后，各項(xiàng)功能、性能指標(biāo)滿足研制總要求，在軌測試實(shí)驗(yàn)取得成功。

“這是科學(xué)院有史以來，在空間探測技術(shù)難度如此大的情況下，依然在1年之內(nèi)建成并完成目標(biāo)的科學(xué)衛(wèi)星。我作為參與者和推動者，感到欣喜和滿意。”吳岳良說，目前，太極一號在軌驗(yàn)證的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)超過任務(wù)預(yù)期目標(biāo)，他們正積極籌備太極二號的雙星實(shí)驗(yàn)。

但吳岳良深知，空間引力波探測技術(shù)是當(dāng)前人類所掌握的精密測量和控制技術(shù)的“極限”，未來挑戰(zhàn)巨大。

至今，在吳岳良的辦公室，粘貼著一張寫滿密密麻麻行程的“太極一號”計(jì)劃的時(shí)間表，旁邊是一張有著他的簽名的“軍令狀”。“我們希望以國際合作競爭的方式，共同突破關(guān)鍵技術(shù)，趕上國際水平。”吳岳良爽朗的笑聲中充滿了對未來的堅(jiān)定和信心。

純理論：追尋“大一統(tǒng)”的簡潔美

“理論物理只有世界第一，沒有第二。”在吳岳良心中，導(dǎo)師周光召先生的這句話是自己科學(xué)研究路上的指路明燈。他努力創(chuàng)造一套屬于中國學(xué)者提出的、被國際所認(rèn)可的物理學(xué)新理論新概念。

歷經(jīng)20多年的堅(jiān)持，吳岳良于2018年在揭秘愛因斯坦統(tǒng)一場論的研究中取得突破——創(chuàng)建了超統(tǒng)一場論。

吳岳良說，自1915年愛因斯坦創(chuàng)立廣義相對論以來，構(gòu)建一套能夠統(tǒng)一描述自然界已知基本相互作用的理論，是所有理論物理學(xué)家所追求的夢想。愛因斯坦花費(fèi)了其后半生幾乎所有的時(shí)間探尋統(tǒng)一場論。

追尋大一統(tǒng)的簡潔之美，也是吳岳良的夢想。

1996年，吳岳良回國后與周光召開始共同研究大一統(tǒng)理論。次年，他們在《中國科學(xué)》雜志上發(fā)表了題為《對所有基本力的一種可能的大統(tǒng)一模型》的研究論文，這是他們最初的想法。

20多年來，除卻必要的行政事務(wù)，吳岳良無時(shí)無刻不在思考著這些問題，“做理論物理研究有個好處，就是隨時(shí)隨地可以開始工作，早上醒來、走在路上都可以思考。”吳岳良說。

吳岳良提出了超統(tǒng)一場論，引起國際同行廣泛關(guān)注。其涉及對時(shí)空觀念、幾何觀念和宇宙觀念以及物質(zhì)觀念和能量觀念的重新認(rèn)識，將為探索終極統(tǒng)一理論打開一扇新窗口。

他解釋說，愛因斯坦廣義相對論認(rèn)為“引力是彎曲時(shí)空的表現(xiàn)”，而他要拋開彎曲時(shí)空的概念，直接在平坦時(shí)空中引入引力場作為量子場，并在這個場中將“引力、電磁力、強(qiáng)相互作用力、弱相互作用力”這4種基本相互作用進(jìn)行統(tǒng)一的描述。

挑戰(zhàn)與眾不同的理論，并不是一件容易的事。在吳岳良看來，興趣、熱愛、堅(jiān)持與不斷思考，是支撐他研究不斷取得突破的重要因素。

“盡管在上個世紀(jì)有國外科學(xué)家提出相關(guān)的統(tǒng)一理論，但我們至少有屬于自己提出的既在理論上自洽又與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)一致且有新的理論預(yù)言的理論，但理論最終都需要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)。”吳岳良說。

作為理論物理學(xué)家，吳岳良對理論物理有著深刻地理解。他堅(jiān)信，物理一定是簡單的，規(guī)律一定是簡潔的。“把所有物理現(xiàn)象通過嚴(yán)密的數(shù)學(xué)邏輯推理，總結(jié)抽象成一個最具有普遍意義和規(guī)律的理論，例如眾所周知的量子理論、相對論、牛頓理論等，從而可應(yīng)用至各個方面。這也是中科院專門成立理論物理所的初衷和使命。”

謝恩師：承襲先賢做一流學(xué)問

對吳岳良來說，父親指引他走上了理論物理之路。“父親告訴我，要做最前沿的工作，要找最好的導(dǎo)師。我覺得理論物理的魅力在于探索未知，具有前沿性和很大挑戰(zhàn)性。”這是吳岳良選擇理論物理的初衷。

而在之后近40年的科研人生中，中國科學(xué)院院士、“兩彈一星”元勛周光召是他的“領(lǐng)路人”。

1982年，吳岳良考入周光召門下作碩士生和博士生。他說，導(dǎo)師的言傳身教，在自己人生觀、價(jià)值觀和世界觀的形成上，都打下了深刻的烙印。

“周先生的一生與國家的需要緊密結(jié)合，他希望為國奉獻(xiàn)的傳統(tǒng)在年輕人中傳承。”吳岳良回憶說，“這也是從彭先生那里傳承下來的，彭先生當(dāng)時(shí)回國的時(shí)候就說‘回國不需要理由，不回國才需要理由’”。

1986年，吳岳良即將博士畢業(yè)并計(jì)劃到國外開展博士后研究，周光召問他，“你將來‘翅膀硬了’，可能會面臨很多選擇，但一旦國家需要你做出某種選擇時(shí)，你是否能服從國家需要、回來服務(wù)國家？”

吳岳良給出了肯定的答案。在美國、德國從事科研的近10年里，他與周光召始終保持著聯(lián)系。只要周光召出訪到吳岳良所從事科學(xué)研究的國家，他們定會約上見面，他向吳岳良介紹國內(nèi)科技的發(fā)展，而吳岳良也會向?qū)�師匯報(bào)近況和研究進(jìn)展。

1996年，在周光召的召喚下，吳岳良回國從事科學(xué)研究，也就是從那時(shí)起，他與導(dǎo)師合作開啟了超統(tǒng)一理論的研究工作。

在科研工作中，周光召敢于挑戰(zhàn)權(quán)威的特點(diǎn)對吳岳良產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，幫助他度過“至暗時(shí)刻”。

“理論物理研究是一個否定之否定的過程，需要不斷否定自己，最終找到一個比較肯定的答案，但否定自己容易，否定別人，尤其是權(quán)威是十分困難的。”吳岳良說。

1993年前后，吳岳良正在進(jìn)行“正反粒子變換和左右宇稱反演聯(lián)合對稱性（CP）破壞和第六個基本粒子頂夸克性質(zhì)”的研究，他對頂夸克質(zhì)量的理論估算與歐洲核子中心早期一個有誤的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不一致。此外，他還提出了一個簡單理論模型（包含粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型CP破壞機(jī)制在內(nèi)的四類CP破壞源）。然而，由于這類模型被研究了二十多年，很多人認(rèn)為不可能還有這么重要的理論結(jié)論沒有被發(fā)現(xiàn)，由此，他的研究論文也“自然”被美國的頂尖期刊拒稿數(shù)次。

那時(shí)，吳岳良在作博士后，別人一年都發(fā)表幾篇甚至十幾篇論文，而他在那一年只寫一篇文章就為了認(rèn)識這個問題。“壓力的確很大。”他坦承。

吳岳良想到導(dǎo)師在面對權(quán)威質(zhì)疑時(shí)不迷信、獨(dú)立思考的經(jīng)歷和教導(dǎo)，下定決心用了半年多的時(shí)間調(diào)研了過去所有的相關(guān)研究，并撰寫了近80頁的長文來證明模型的自洽性，最后的研究結(jié)果連續(xù)發(fā)表在美國《物理評論快報(bào)》上，該模型后來被國際同行專家稱為模型Ⅲ2HDM。

此外，周光召善于從事物的第一性考慮復(fù)雜問題的思考方式、對科研的執(zhí)著等也使得吳岳良獲益良多。導(dǎo)師的精神與理念，吳岳良將其傳承至他的后輩學(xué)生之中。

育人才：做真正原創(chuàng)的研究

對于理論物理所研究員周宇峰來說，導(dǎo)師吳岳良教會他最多的便是獨(dú)立思考能力。1999年他考入理論物理所，成為吳岳良的博士研究生。

“在做博士期間，吳老師就特別強(qiáng)調(diào)獨(dú)立思考能力，在對某個問題進(jìn)行大量的調(diào)研后，形成自己的想法和判斷，只有這樣才能做出有高度的原創(chuàng)性工作。”周宇峰告訴《中國科學(xué)報(bào)》，吳老師不輕易盲從他人、甘做“冷板凳”的精神讓自己受益匪淺。

如今，周宇峰也不斷挑戰(zhàn)難題、新題，與導(dǎo)師亦師亦友，協(xié)同合作。他已成為暗物質(zhì)理論、超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理等方向的專家，提出了數(shù)個具有原創(chuàng)性的相互作用機(jī)制、計(jì)算方法和暗物質(zhì)理論模型。

而劉金巖走了一條與師兄師姐不同的發(fā)展之路。2010年，她成為吳岳良門下粒子物理專業(yè)的博士研究生，現(xiàn)為中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所副研究員。

知史以明鑒，查古以至今。她告訴《中國科學(xué)報(bào)》，周光召先生曾提出，中國理論物理學(xué)應(yīng)有自己史學(xué)研究，不能斷代，導(dǎo)師吳岳良將此愿望記在了心里。

在劉金巖即將博士畢業(yè)時(shí)，導(dǎo)師問她是否對物理學(xué)史感興趣，因得知自然科學(xué)史所非常希望有理論物理背景，特別是量子力學(xué)和量子場論方面基礎(chǔ)的青年人才加入，而喜歡歷史的她回答“非常愿意”。在吳岳良的建議下，劉金巖進(jìn)入中國科學(xué)院自然科學(xué)史所，投身至中國物理學(xué)史的研究。

“受過粒子物理學(xué)專業(yè)訓(xùn)練，也使我在歷史研究中更加得心應(yīng)手。”劉金巖說。

當(dāng)前，國際物理學(xué)研究競爭日趨激烈。“我們到了不應(yīng)再跟蹤，而是做真正原始創(chuàng)新工作的時(shí)候了。”吳岳良說。

但他同時(shí)也深感，當(dāng)前由于涉及高能量和高強(qiáng)度及高精度的大型前沿實(shí)驗(yàn)進(jìn)展放慢，理論物理發(fā)展也相對變得緩慢，但從另一方面來看這給我國理論物理學(xué)家提供了一個深入思考和研究并做出原創(chuàng)性科研成果的機(jī)遇。而國內(nèi)的科研環(huán)境并不太利于基礎(chǔ)研究，尤其像理論物理這樣的純基礎(chǔ)研究，需要改革科研評價(jià)體制、營造開放交流的氛圍，以及長期穩(wěn)定的支持，讓基礎(chǔ)研究的科研人員有興趣、熱愛，驅(qū)動其做原創(chuàng)研究。

“不得不承認(rèn)，科學(xué)史上留下來的經(jīng)典理論大多由國外科學(xué)家發(fā)現(xiàn)創(chuàng)立的。我們要成為科技強(qiáng)國，必須要培養(yǎng)年輕人才，做出能在科學(xué)史上留得下來的中國科學(xué)家創(chuàng)立的理論，為世界科學(xué)發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。”吳岳良堅(jiān)定地說。

吳岳良院士

 彭桓武（左）、周光召（中）、吳岳良（右）師生三代 （中科院理論物理所供圖）