任何科学研究，都处于人类认知的前沿，它本身就带有幻想和梦想的双重属性。我们需要通过教育、通过鼓励好奇心和那些伟大而富有野心的梦想、甚至是幻想，不断推进科研发展的进程。
——摘自第六届IEIC大会 李菂分享
中国科学院国家天文台研究员、FAST首席科学家
李菂 | 第六届IEIC大会学校发展论坛专题报告
“人类失去想象，世界将会怎样?”
一直以来，想象、联想、幻想……都是人类特有的一种潜质。一次次工具改进、一次次工业革命，到人工智能飞速发展，都离不开对未来的尽情想象。而创新，正是建立在这种充分的想象之上。
在第六届IEIC国际教育创新大会上，中国科学院国家天文台研究员、FAST首席科学家李菂教授分享了主题为《幻想的价值》的演讲，结合“中国天眼”的运作原理及开发过程，强调了孩子好奇心、幻想的重要价值，对未来的科创教育寄予了深切厚望。
*以下内容摘自李菂教授第六届IEIC大会分享，为方便阅读，以第一人称视角陈述。
任何科学研究
就带有幻想和梦想的双重属性
大家现在看到的就是我目前的主要工作——中国天眼，图上有一个光的螺旋线，实际上是一辆卡车从我们这个世界上最 大的观天设备底下开过去的痕迹。这个直径500米的设备，有一半的面积是很小的孔洞，光可以透出来、雨水也能漏下去。
图 | 李菂教授 第六届IEIC大会PPT分享
这样一个直径500米的“大锅”，可以装下30个足球场，是我们国家天文观测的大科学装置。中国天眼是它的昵称，它的严格称谓是“500米口径球面射电望远镜”。它不仅是我们一系列的原创技术的产物，也是好几代天文人的梦想，甚至于幻想。
今年10月21号，我去成都参加了世界科幻大会，大会颁布了今年的“雨果奖”，当时会场的布置就充满了科幻的元素，主要灵感来自于刘慈欣先生的作品，有《流浪地球》中的机器人，以及《三体》中的“水滴”设计，背景中闪闪发光的部分其实是一个电梯。
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实际上，任何科学研究，特别是我们这种几乎没有实用价值的天文研究，它处于人类认知的前沿，所以它本身就带有幻想和梦想的双重属性。
而中国天眼这项设备经过20多年的建设，从2020年开始正式运行，到现在不过三年多的时间，但它已经承担了超过400个观测项目，有来自超过30个国家的首席科学家参与其中，也诞生了一系列重要成果，包括9篇《自然》、2篇《科学》、还有已经入选“中国科学十大进展”的成果。
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可以说，天眼早期的产出效率，远远超出了我们这些建设者的最美好的想象或者是幻想。
不仅如此，天眼除了承担繁重的科研工作，也逐渐成为中小学教育中的重要工具。去年，国家天文台的武向平院士和中国科协联合组织了面向中小学生的中国天眼观测项目征集，收到了将近8.000份申请，每一份申请背后，都充满了孩子们无尽的好奇心和各种各样有趣的幻想元素。
“中国天眼”的开发过程
我们再来看看这项设备。它看起来和我们的天眼很像，也是坐落在石灰岩地形中的一口“大锅”，它是美国在1963年建成的阿雷西博望远镜，拥有一系列载入教科书式的发现——在1993年，阿雷西博望远镜的成果获得了诺贝尔物理学奖。
然而，阿雷西博望远镜的诞生，极具革命性和意外性，甚至和天文研究没有任何直接的关系。
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刚开始，康奈尔大学的工程师William E.Gordon博士提出要建设阿雷西博雷达探测研究电离层，在他的计算中，需要一根300米的天线来完成这项研究。
大家可以想象一下，在上世纪五十年代末，世界上几乎所有的设备都是几十米的数量级，William E.Gordon博士突然提出了300米这样一个跨越性的概念，就带了一些疯狂的幻想元素。
而且，通过后续的研究发现，他的计算是有问题的。仅仅几个月后，业内同行就指出，他的目标只需要30米的天线就可以实现。
尽管如此，William E.Gordon博士的这项计划依旧得到了美国新成立的先进研究项目委员会(ARPA)的资助和支持，这也是基于当时的时代背景，美国和苏联正在开展一场激烈的太空竞赛，双方在这方面的投入都相当大。
而阿雷西博望远镜正是ARPA资助的第一个项目。实际上，ARPA现在依旧存在，它转向了美国国防部，前面增加了一个单词：Defense，变成了DARPA，性质上有点类似一个带有国家战略意志的投资公司。
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它先后进行了因特网、UNIX操作系统、全球卫星定位系统等一系列的早期投资，还包括电动汽车、页岩油等前瞻性技术的发掘，可以说是相当成功。
回过头来再看阿雷西博望远镜，也一直在更迭升级，并且诞生了新成果。在1973年，美国麻省大学的泰勒教授和他的学生豪斯通过观测双中子星相互缠绕的现象，用爱因斯坦的理论精确的计算出了两颗中子星的轨道变化，从而间接证明了引力波的存在。这项发现获得了1993年诺贝尔物理学奖。
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到了90年代中期，阿雷西博望远镜已经是一个非常成功的、领 先世界的、载入史册的大科学工程。1996年，来自国家天文台的老一辈科学家，特别是南仁东先生和邱育海先生，第一次到美国阿雷西博望远镜现场进行考察。此后，他们提出要在中国建设20个阿雷西博这样的巨型望远镜，并组成一个阵列，更好地进行天文研究。
那么到了今天，其中有一个成功延续了下来，它就是中国天眼。
九十年代中后期，我在康奈尔大学攻读博士，当时我的主要工作，就是利用阿雷西博完成的。或许正是这样的渊源，我在2008年受聘为FAST的项目科学家，2009年有幸第一次到中国天眼的现场，2012年回国全职参与FAST建设。
一直到2012年8月，FAST项目还只是一个“坑”，远远没有取得今天这样良好的发展状况和成就;到了2015年，我担任副总工程师，和同事们一起，几乎每天全程在现场工作;到了2016年9月25日，FAST项目正式竣工，获得诺贝尔物理学奖的泰勒博士也来到现场参加竣工典礼;随后就是一系列的验收环节，直到2020年，FAST才通过国家验收，成为一个正式的大科学装置。
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中国天眼是如何推动
我国天文学领域技术进步的?
FAST项目的建成，推动了一系列项目开展和技术进步。我们希望用原创的思想和先进的电子学设备，高效率地同时进行多科学目标的观测。这是我目前领导的一个世界首创的巡天计划：CRAFTS(Commencer Radio Astronomy Fast Serving)，翻译过来就是手艺，现在是FAST五个优先重大项目之一。
简单来说就是望远镜不动，利用地球的转动，来让它的指向飘过天空。
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目前，该项目已经催生了FAST的第一个科学发现——一个距离我们大约1.6万光年、周期1.83秒、高速旋转的一颗脉冲星。
2017年的10月10号，我们正式公布了这项发现，它也被称作是代表中国射电波段的大科学装置系统产生原创发现的新时代开启的重要标志。
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发展到现在，FAST的科学成果已经非常丰富了。这是我们通过2019年的一次系统观测，在2021年发表的来自叫做“快速射电暴：FRB121102”的一个非常大的爆发样本集。
“121102”这一串号码代表了这个信号第一次出现在人类的数据里的时间，就是2012年11月2号。不过当时我们并不知道这个信号的存在，也没有把它找出来。
而第一次捕获这个信号的，就是中国天眼的前身——美国的阿雷西博望远镜。中国天眼FAST由于灵敏度更深，我们在一个半月的时间内捕获了1.652次脉冲——下图是用了王希孟的《千里江山图》意向，来展现这个重要成果。图中大家看到的从遥远的星系中一个神秘爆发源过来的、一股一股像是这种水流的波动，就是来自天眼真实的脉冲数据。
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所谓的“快速射电暴”，就是这里的每一个起伏。每一个脉冲的持续时间只有千分之几秒，但它可能蕴含了太阳一整年甚至几年的总辐射能量。直观点来说，每一个千分之几秒的波峰的起伏，都代表着足够现在的人类社会用1万亿年的能量。
这种现象目前对于很多人来说都难以想象，甚至不存在合理的科学解释，然而它就是存在。
目前，中国天眼探测到的1.652个脉冲，已经超过了截止到2021年底，整个领域14年之内所有出版物发表的总和。
这个发现成功入选了2021年度的“中国科学十大进展”。所以中国天眼尽管是基于阿雷西伯望远镜的概念，但它的实际接收效率，要比阿雷西伯望远镜高出2-3倍;它的巡天效率，基于中国一系列的原创技术，也要高出一个数量级以上。
我在读博期间曾利用阿雷西博望远镜做了一个宇宙原子氢气的观测，并由此发展和命名了一套新的方法，叫做“中性氢窄线自吸收”，英文简写是 “HINSA”。之后经过将近20年的艰苦努力，最终由中国天眼实现了用HINSA方法对于星际磁场的精确测量。
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这项工作成果是2022年初第一期《自然》的封面，它的信号特征就是右下这个所谓HINSA的塞曼效应，它代表的是大概四个微高斯的微弱的星际磁场。
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四个微高斯是什么概念呢?它大概相当于地球磁场的1/100.000.而这跟很多经典的模型推测结果是不一样的。因此这个结果也被业内同行称作“一个有创新的方法产生的极端重要的观测”。它对这个领域还存在其它潜在性的革命性的影响。
中国天眼处于世界领 先地位的重要原因，在于它的接收面积够大，但它本身依旧受限于单天线的概念限制。也就是说，即使一根天线做得再长，上限就是几百米，不可能做到上千米。
有一个在70年代就获得诺贝尔物理学奖的概念叫“综合孔径”，就是我们可以把天线的接收面积在物理上拉开，然后组合它的信号。我们把它叫做综合孔径的望远镜，用它同时做探测的就是合成孔径雷达。
它们都基于光的波动性质，物理和工程的基础是一样的。
中国科研的发展
离不开学生们的幻想与超越
这一年多以来，我们和山东济南章丘的齐鲁师范学院进行了紧密合作，现在已经建设了由20面天线组成的 “齐鲁探天”分米波阵列，这是中国高校第一个大型分米波天文阵列。
右边这张是在今年的9月15日，我们天线基本安装完成的时候，由一个齐鲁师范的学生拍摄的照片：再一次仰望天空，缅怀南仁东先生。
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也是基于这样一系列的深入合作和大胆举措，在2023年10月25号，学校成立了齐鲁师范学院的天文学系，我们基于在山东泰安大汶口遗址挖掘出来的八角星纹彩陶豆的图案，设计了天文学系的系标。
系标采用内方外圆的设计理念，呼应着天文学系的学科内容;外延切断的圆圈，则是星轨的象征，也是希望同学们能够延续对天空的好奇心、梦想以及幻想。
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今年年初(2023年2月28号)，正好是《流浪地球2》上映播出，人民日报文艺版组织了相关编导、制作人以及一部分科学家，对中国的科学和科幻做了一些评论。下面是我交上去的稿件，其实也代表了我今天的演讲主题——
科幻文艺和基础科学的兴盛，都离不开一个风华正茂的国家，一个朝气蓬勃的时代。中国天眼的一系列发现，正是得益于中国持续投入的大科学装置建设，得益于以南仁东先生为代表的几代人的努力。
中国人建设了太空站，观众看到《流浪地球2》中航天员出舱的场景就不会感到违和。所以我们的基础研究和科学幻想，它的根基，都是一个国家或者一个体系的工业基础。
我期待科研能赋众生以想象，而科幻给岁月增文明。
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我们所从事的天文学领域，在中国天眼以前，实打实地落后美国50年。而现在呢?只是在局部有一些追赶和超越。我们全面的工程技术研究基础和规模还是比较落后的。
但是，追赶和学习的基本态度，就是要能够平视。现在年轻的一代人，已经有了平视世界的底气和必要。我也期待未来的科学和科幻，有更多的原创，更多的坦然和一往无前。
中国天眼是中国过去几十年历史性的科学投入以及整体工业体系发展进程的一个反映、一个代表。
图 | 李菂教授 第六届IEIC大会PPT分享
我们这一代人既是这个进程的受益者，也是这个过程的参与者和建设者。在未来，希望通过教育、通过鼓励好奇心和那些伟大而富有野心的梦想、甚至是幻想，可以把科学发展进程一直延续到更深的21世纪。
