专访天文大咖:我曾去监狱教天文,在那里遇到了最好的学生
20年前的James Gunn在他普林斯顿大学的办公室里捣鼓CCD。身后显示器上是他女儿和儿子的照片,墙上贴着由斯隆巡天发现的第一张真正意义上的高红移类星体的光谱。
传说,James Gunn还在莱斯学院(现为莱斯大学)读本科的时候就是一枚妥妥的学霸。据说他每次物理考试都拿满分,还比其他学生都早交卷二十分钟。物理系的老师们决定偷偷给他出一份特殊的试卷,里面都是老师们绞尽脑汁想出的最难、最狡猾的题目。考试时,先把正常的试卷发给其他同学,而那份特殊试卷放在最下面,发到了Gunn手里。Gunn交卷时老师问他感觉如何。“很好先生,您出的题比以前强多了,” Gunn说。结果他又考了个一百分。从那以后他们班谁考试得了第一名,大家就说“you’ve Gunned it.”
本文为2020年9月Gunn与赛先生记者辛玲专访的下篇。(点击此处查看上篇)
撰文 | 辛玲
责编 | 韩越扬 吕浩然
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Q
您接触过不少中国学生,您觉得他们的优势和劣势是什么?
Gunn:我们这里的中国学生都特别优秀。我个人最喜欢清华女生,因为她们个个都那么棒!中国学生的数学基础极好,但他们稍微欠缺一点对天文的直觉。理论能力强于观测能力。不过他们那么聪明,学起来也很快,很多人后来都变成了观测高手。
Q
您如何看待中国天文学的发展?
Gunn:中国天文学的发展非常迅速。其中一部分原因是提高了开放性,加强了与西方天文界的交流。虽然中国起步晚,但已上升到了很高的位置。中国天文有个硬伤,就是境内没有理想的观测台址。我听说中国天文界对这个问题有广泛共识,但要解决又涉及很多政治因素。中国希望把望远镜建在自己的土地上,而西方对中国又缺乏信任。结果就是到现在为止中国没有真正大型的、世界级的天文台。希望这一点将来能够改善。
总的来说中国天文学一直在进步,可以说中国已经是个天文大国了(major player)。随着大量资金和人力的投入,可以预见在不久的将来,它将成为天文发展的真正推动力之一。
Q
您刚才提到了一个重要问题:究竟应该把钱花在自力更生还是国际合作上?
Gunn:这个问题不好回答。如果把所有钱都投到一个大的国际项目,而没有足够的钱去培养国内力量的话,最终会导致没有人能用(或充分利用)大望远镜。日本也遇到过类似问题,他们解决得很好:建造一个自己的大望远镜,而最后做出来的昴星团望远镜(译者注:Subaru Telescope,位于夏威夷Mauna Kea山顶)简直太棒了,他们还借此培养了自己的天文人才。日本现在也在参与三十米望远镜的建设。他们没有直接跳到三十米,也是明智的选择。
Q
昴星团望远镜是日本自己的设计吗,还是日美合作?
Gunn:应该说是由日本工业界领衔设计的。整个望远镜主要由三菱公司设计建造,这就是为什么理论上它仍属于三菱而不是日本天文界。这是虽然是一台纯粹的日本望远镜,但西方天文学家也一起出谋划策。这个望远镜要是让西方人来做,他们很可能会尽量做得小而轻,通过发展各种工业技术来降低成本。但日本人非常谨慎,他们觉得那样的设计太冒险。很多人认为昴星团望远镜设计过度了(over-engineered),但三菱的工程水平是世界一流的,这也使得望远镜的运行效果非常好。
Q
从十米级到三十米,我们的望远镜越造越大,越造越复杂,也越来越贵。贵到一个国家负担不起,必须通过国际合作。您觉得这是天文学未来发展的必经之路吗?
Gunn:这个问题非常有趣、非常重要,所有的天文学家都在思考,但我还没有答案。我认为这种现象对天文学的整体发展是相当有害的。拿哈勃望远镜来说,我六十年代开始参与建设,直到1992年才发射。一个研究生要是想参与这样一个项目,拿他们的分工写篇硕博论文,简直是不可能的。项目那么大、时间那么长,而研究生就那么几年时间,无从下手。不过小望远镜也做不了更多工作。这个矛盾还没有人真正认真去解决。
大型望远镜的科学产出绝对是一流的,但其中涉及的人的因素也比较复杂。这么大的项目,学生很难把我当年学的那一套(电子系统、真空系统等)全部掌握了,也很难产生什么影响力。我们那时的项目就两三年,在技术研发和时间方面都是可控的。现在完全不是这样了。
Q
那您对年轻人有哪些建议?
Gunn:我不知道(笑)。我们应该开辟规模小一点但同等重要的事给年轻人做。就拿三十米望远镜为例,让一个年轻人去设计主镜支撑结构的一小部分,他(她)就会爱上这个项目、爱上天文学吗?估计不会,因为他看到的只是一棵树,而不是整片森林。
这又回到了我刚才说的开放和多样的重要性。每个大项目都那么复杂,没有一个人能把所有问题都搞清楚。想知道观测数据好不好,你得先搞懂仪器都是怎么运行的。数据分析正不正确?你得先学会使用分析软件。想要最终获得一个可信的结果,靠一己之力是绝对不可能做成的,只有合作。在科学和工程两方面来看,天文合作的可行性和效果都是不错的。想一想,哪怕是三十米望远镜项目办公室的人,他们的知识和理解也必然是有限的,毕竟一部分镜子在日本生产,一部分镜子在中国生产,等等。听起来不太人性化,但这些大项目最终应该都能成功。
1999年James在新墨西哥州阿帕奇波因特天文台(Apache Point Observatory)。当时斯隆巡天处于试运行阶段,主镜刚刚安装完毕。他对望远镜的顺利运行感到欣喜。
Q
在您的自传中,您说近年来的天文成就应该主要归功于技术的发展而非人类智慧的进步。这是什么意思?
Gunn:就是字面上的意思。我觉得我们没比几十年前的人高明多少。跟半个世纪前比,我们对于宇宙的定量理解提高了很多,但这都得益于仪器的建设:CCD相机、光纤、计算机等等。也有少数科学家做出了重要的理论工作——毕竟没有分析理解的数据就是无用的数据——但我真觉得他们没比五六十年前的理论家们更聪明(笑)。
多年前我在加州理工有个同事叫汀斯利(Beatrice Tinsley)。可以说她是天文学领域的第一个唯象学家(phenomenologist)。唯象学家主要是用数学理论来解释大科学装置产生的大量数据。现在这样的人不叫唯象学家了,但大多数天体物理学家实际上做的就是唯象学(phenomenology)研究,用他们熟悉的理论来合理地解释观测数据。随着数据的急剧增加,这个技能变得越来越重要。
如果我们不曾发明CCD相机、光纤和计算机,那我们对宇宙的认识可能跟五六十年前相差不大。我们的成就主要就是积累了数据,但我们对数据的分析理解能力没有本质上的提高。
Q
您怎么看待美国政治气候对天文和科学的影响?
Gunn:简直太糟糕了。受影响的当然不仅是天文,而是所有科学学科。这种“科学不重要”、“我们可以只选择相信和自己信念相符、而排斥其他不符的科学理念“的做法真的很可怕。我希望一切能够好起来,但明显要看十一月份的选举结果。其实在美国历史上,联邦政府一直都比较青睐科学,这是第一次科学受到如此严重的破坏。即使是以前对科学不感兴趣的总统们也没有让科学遭受这么严重的创伤。
Q
您还去过新泽西州监狱教天文课,这个经历对您有什么影响?
Gunn:这让我成为一个更好的人。之前我对美国的监狱系统完全一无所知。我不知道黑人占新泽西州总人口的12%,但在监狱里,黑人占犯人总数的80%。去监狱教书以后,我发现里面很多人都极其聪明、上进,他们都是因为经济状况太绝望而进去的。我忍不住问自己,“如果我也那么穷,现在会不会也在蹲监狱?” 我想很可能是的。黑人问题的历史很长,他们先是被卖到美洲当奴隶,然后长期被当成二等甚至三等公民。这种情况必须改变。这对美国人民的道德和心理健康都是极其有害的。
在新泽西监狱里我遇到过我这辈子教的最聪明的学生之一。他的数学和写作都极有天赋。他出狱后发现社会很难容纳他,对他太绝情,而他也意识到自己的特殊性,后来他抛下妻子和孩子自杀了。
Q
谢谢您分享这个故事。最后一个问题:如果您当初没有进入天文学,您会选择什么职业?
Gunn:真不好说。我四五岁时就迷上了天文,所以没太考虑过其他可能性。应该是我缺乏想象力吧(笑)。但我对科学感兴趣,不分学科。我差点成了物理学家,所以我想我可能会选择做物理。我有时又想,年轻时应该在生物上多花一点时间,生物学也是非常有趣和重要的。
Q
所以您还是想当个科学家。
Gunn:对,对,对,这是肯定的(笑)。
本文图片均由James Gunn提供。
参考文献:
Finkbeiner, A. (2019). The Astronomer Who’d Rather Build Space Cameras. Quanta Magazine, retrieved on Oct. 3, 2020 from https://www.quantamagazine.org/jim-gunn-the-astronomer-whod-rather-build-space-cameras-20190418/#
Gunn, J. E. (2020). Jack of All. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 58: 1-25. Retrieved on Oct. 3, 2020 from https://www.annualreviews.org/doi/pdf/10.1146/annurev-astro-112119-041947
Wikipedia. James Gunn (astronomer). Retrieved on Oct. 3, 2020 from https://en.wikipedia.org/wiki/James_Gunn_(astronomer)
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