經(jīng)過(guò)16年的努力，以及15億美元其他人提供的資金，美國(guó)宇航局和丁肇中展示成果的時(shí)候就要到來(lái)了。
丁肇中在布魯克海文，正在展示他贏得了1976年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的研究成果。
“真正的發(fā)現(xiàn)是在現(xiàn)有的知識(shí)圈之外。”
“如果我們什么也不做，不去進(jìn)行檢測(cè)，那我們永遠(yuǎn)也不會(huì)知道真相是什么。”
——丁肇中
上周四，隨著“奮進(jìn)號(hào)”航天飛機(jī)升空的“阿爾法磁譜儀2號(hào)”(AMS-02)被送入國(guó)際空間站，開(kāi)始其為期10年以上的宇宙反物質(zhì)的探尋之旅，該國(guó)際科學(xué)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者丁肇中博士再度為世人矚目。丁肇中緣何要?dú)v時(shí)17年，堅(jiān)持實(shí)施這個(gè)備受爭(zhēng)議、坎坷不斷的AMS項(xiàng)目，他為此付出了何等努力？前不久的《自然》和《紐約時(shí)報(bào)》等媒體作了披露——
肯尼迪航天中心一個(gè)無(wú)塵室中，被一大群技術(shù)人員圍繞著的巨大設(shè)備就是重達(dá)6.7噸的阿爾法磁譜儀，它將進(jìn)入太空，承擔(dān)起有史以來(lái)最雄心勃勃、最復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。這一實(shí)驗(yàn)如果成功，將幫助NASA在回答宇宙是由什么構(gòu)成的這個(gè)問(wèn)題上邁進(jìn)一大步，并給國(guó)際空間站和著名的物理學(xué)家?guī)?lái)榮耀，但如果失敗，也將給持反對(duì)意見(jiàn)者提供反對(duì)這一實(shí)驗(yàn)的證據(jù)。
被命名為阿爾法磁譜儀(AMS)的這一裝置，其目的是為了探測(cè)太空中的高能宇宙射線(xiàn)粒子，尋找宇宙中的反物質(zhì)。阿爾法磁譜儀也許還能給我們帶來(lái)一些意外的驚喜。“真正的發(fā)現(xiàn)是在現(xiàn)有的知識(shí)圈之外，”去年8月間，丁肇中，這位70多歲的諾貝爾獎(jiǎng)得主、麻省理工學(xué)院教授、宇宙射線(xiàn)探測(cè)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人在歐洲粒子物理研究所的實(shí)驗(yàn)室里如此說(shuō)道。
丁博士是一位科學(xué)“狂人”，他用一生的時(shí)間帶領(lǐng)著一大批物理學(xué)家進(jìn)行著物理學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的探索。1974年他發(fā)現(xiàn)了將徹底改變物理學(xué)的粒子，但因他花了很長(zhǎng)時(shí)間對(duì)研究結(jié)果反復(fù)檢驗(yàn)，希望找出更多的粒子，在這段時(shí)間里，另一個(gè)實(shí)驗(yàn)室也發(fā)現(xiàn)了這種粒子，于是最后丁肇中與美國(guó)科學(xué)家伯頓·里克特共享了1976年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
阿爾法磁譜儀的實(shí)驗(yàn)始于20世紀(jì)90年代初，當(dāng)時(shí)盡管他在物理界的威望，丁博士卻未能在歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)中充分發(fā)揮作用，于是他將目光投向了太空。根據(jù)物理學(xué)原理，同等數(shù)量的物質(zhì)，和它邪惡的雙胞胎反物質(zhì)，在互相接觸的一瞬間，普通物質(zhì)就會(huì)被湮滅，同時(shí)釋放出能量，這種反物質(zhì)應(yīng)該是在宇宙大爆炸時(shí)產(chǎn)生的，這也是科學(xué)界長(zhǎng)期以來(lái)的一個(gè)未解之謎。如果能夠發(fā)現(xiàn)重于反氦的原子核，是否意味著在宇宙某個(gè)地方可能存在著反物質(zhì)恒星甚至整個(gè)反物質(zhì)星系呢？“但如果我們什么也不做，不去進(jìn)行檢測(cè)，那我們永遠(yuǎn)也不會(huì)知道真相是什么，”丁博士說(shuō)道。
AMS命運(yùn)多舛他始終堅(jiān)持
“如果出現(xiàn)什么問(wèn)題，我就是那個(gè)該承擔(dān)責(zé)任的人，我所有的精力都放在了這件事上。”
——丁肇中
1994年，當(dāng)時(shí)的美國(guó)宇航局局長(zhǎng)丹·戈?duì)柖≌趯で笥袃r(jià)值的科學(xué)構(gòu)思，特別是能夠讓國(guó)際空間站揚(yáng)名的東西，前蘇聯(lián)空間研究所負(fù)責(zé)人羅爾德·薩格戴夫向戈?duì)柖√岬街Z貝爾獎(jiǎng)獲得者、粒子物理學(xué)家丁肇中的一個(gè)想法，即：將磁鐵運(yùn)載到太空，檢測(cè)對(duì)來(lái)自遙遠(yuǎn)恒星發(fā)出的粒子流，尋找反物質(zhì)。“戈?duì)柖≌f(shuō)‘好吧，這家伙在哪兒呢？我要立即見(jiàn)到他，’”薩格戴夫回憶道。
很快，丁博士有機(jī)會(huì)與丹·戈?duì)柖?huì)面，他對(duì)戈?duì)柖∠壬f(shuō)道，如果有一個(gè)以空間站為基礎(chǔ)的宇宙射線(xiàn)探測(cè)器，他就可以進(jìn)行這種測(cè)量。戈?duì)柖×⒖瘫贿@個(gè)建議吸引住了，同意將磁譜儀安置在國(guó)際空間站。這一決定繞過(guò)了宇航局的正規(guī)同行審查程序，引起了一些宇宙射線(xiàn)物理學(xué)家的不滿(mǎn)。這一計(jì)劃吸引戈?duì)柖〉牟糠衷蚴呛教炀植槐爻鲥X(qián)，大批資金來(lái)源于丁博士在國(guó)外的大批合作者，來(lái)自16個(gè)國(guó)家和地區(qū)的600名科學(xué)家，其中包括意大利、德國(guó)、俄羅斯、中國(guó)等。
1995年，當(dāng)時(shí)在美國(guó)麻省理工學(xué)院任教授的丁肇中獲得了戈?duì)柖〉暮献鲄f(xié)議，美國(guó)宇航局同意他的阿爾法磁譜儀(AMS)在空間站里占據(jù)一席之地，并用航天飛機(jī)將它運(yùn)載到空間站。該協(xié)議的部分內(nèi)容包括，美國(guó)宇航局不必為阿爾法磁譜儀的建造買(mǎi)單，事實(shí)上，丁肇中從美國(guó)能源部和國(guó)外獲得了大部分的資金。
丁肇中終于做到了他想要做的事情。1998年光譜儀樣機(jī)建成，并搭載在同年6月的“發(fā)現(xiàn)號(hào)”航天飛機(jī)上試飛10天獲得成功。經(jīng)過(guò)13年的努力和15億美元的投入，一個(gè)由來(lái)自16個(gè)國(guó)家和地區(qū)的物理學(xué)家組成的龐大科研團(tuán)隊(duì)已完成了阿爾法磁譜儀實(shí)驗(yàn)的大部分工作，只需最后的點(diǎn)睛之筆，實(shí)驗(yàn)就將圓滿(mǎn)完成。但在2003年“哥倫比亞號(hào)”航天飛機(jī)解體，造成7名宇航員喪生的事故后，丁博士和阿爾法磁譜儀的命運(yùn)急轉(zhuǎn)直下，美國(guó)航空航天局宣布航天飛機(jī)時(shí)代結(jié)束，原定的2005年載運(yùn)阿爾法磁譜儀進(jìn)入太空的計(jì)劃被取消。談及當(dāng)時(shí)的感受，丁肇中說(shuō)，“那是我第一次在面對(duì)挫折時(shí)，感到自己有一種無(wú)能為力的感覺(jué)。”
2005年，丁博士開(kāi)始為阿爾法磁譜儀的命運(yùn)力爭(zhēng)，應(yīng)邀在美國(guó)參議院就美國(guó)科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)表講話(huà)時(shí)，他利用了他的5分鐘發(fā)言時(shí)間和9張幻燈片，宣講了他的基礎(chǔ)科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)，令觀(guān)眾大為鼓舞，“他們很驚訝地聽(tīng)到，空間站也能為科研出大力。”丁博士回憶說(shuō)。
在之后的幾年里，一些強(qiáng)勢(shì)的參議員，如阿拉斯加州的特德·史蒂文斯、佛羅里達(dá)州的比爾·納爾遜和德克薩斯州的凱·貝利·赫切森對(duì)丁肇中的計(jì)劃都表示出了極大的興趣，他們有的從頭到尾看完丁博士展示的幻燈片，有的參觀(guān)了他在歐洲核子研究中心的研究項(xiàng)目。最后，美國(guó)國(guó)會(huì)命令美國(guó)航空航天局為丁博士的實(shí)驗(yàn)提供一架航天飛機(jī)。
“在奧巴馬就職典禮后的三天，阿爾法磁譜儀又重新回到了航天飛機(jī)的載貨單上，”丁博士說(shuō)道。
2008年，在華盛頓五月花酒店的一間華麗的餐室內(nèi)，丁肇中接受了紐約時(shí)報(bào)等重量級(jí)媒體記者的訪(fǎng)問(wèn)。他坐在一張椅子上，打開(kāi)面前的筆記本電腦，里面有著大量的文件和圖表，甚至還有紐約時(shí)報(bào)上表彰他過(guò)去成就的一些剪輯資料。“所有技術(shù)上的細(xì)節(jié)我都一清二楚，”他說(shuō)，“如果出現(xiàn)什么問(wèn)題，我就是那個(gè)該承擔(dān)責(zé)任的人，我所有的精力都放在了這件事上。”丁博士說(shuō)，在過(guò)去13年里的每一天，阿爾法磁譜儀都是他關(guān)注的唯一重點(diǎn)，在它身上丁傾注了全部的熱情，也給他帶來(lái)了許多的煩惱，除了1998年AMS-01號(hào)原型機(jī)被裝載在發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)上進(jìn)行太空飛行時(shí)的那10天之外，當(dāng)太空射線(xiàn)通過(guò)阿爾法磁譜儀的環(huán)形磁鐵，收集著信息并傳來(lái)太空粒子的數(shù)據(jù)時(shí)，丁肇中覺(jué)得自己得到了真正的放松。
發(fā)現(xiàn)宇宙大爆炸遺留下來(lái)的反物質(zhì)是一個(gè)非常誘人的想法。但每次面對(duì)“我們將看到什么”、“阿爾法磁譜儀能否給天文學(xué)研究帶來(lái)新的發(fā)現(xiàn)”之類(lèi)的問(wèn)題，丁肇中都會(huì)以他慣常的緩慢而輕柔的聲音說(shuō)道，“是很難預(yù)料得到的。”但在丁肇中的心里，真正期待的是阿爾法磁譜儀有可能帶來(lái)完全意料不到的發(fā)現(xiàn)。
面對(duì)質(zhì)疑他不為所動(dòng)
“我拒絕你們的拒絕。”“物理學(xué)的進(jìn)步就在于不斷地推翻別人的理論。”
——丁肇中
但是，除了丁博士等很少人外，大多數(shù)理論物理學(xué)家并不認(rèn)為這一實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)任何原始反物質(zhì)。他們得出的結(jié)論認(rèn)為，原始反物質(zhì)在宇宙大爆炸后的最初時(shí)刻就消失了。“最初的目標(biāo)物早已經(jīng)灰飛煙滅，”美國(guó)密歇根大學(xué)宇宙射線(xiàn)物理學(xué)家格雷格·塔爾勒說(shuō)道，他對(duì)這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)一直持批評(píng)意見(jiàn)。
AMS項(xiàng)目的眾多反對(duì)者認(rèn)為他們能夠預(yù)測(cè)到這一項(xiàng)目的最后結(jié)果，目前沒(méi)有理論讓他們相信丁肇中與戈?duì)柖∷f(shuō)的反物質(zhì)原子核的存在。另外，他們還說(shuō)，目前用在AMS項(xiàng)目上的資金，可以用在更重要的地方，比如得到天體物理學(xué)界評(píng)估認(rèn)同并被列為優(yōu)先考慮的一些項(xiàng)目之上。對(duì)此丁肇中不為所動(dòng)，1976年，他在諾貝爾獎(jiǎng)演講中以謹(jǐn)慎的實(shí)驗(yàn)證明了一些理論科學(xué)家的謬誤。他說(shuō)，當(dāng)與某種理論產(chǎn)生分歧之時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是最具說(shuō)服力的，他以不容置疑的口氣強(qiáng)調(diào)道，“物理學(xué)的進(jìn)步就在于不斷地推翻別人的理論。”
兩年前歐洲衛(wèi)星帕梅拉發(fā)現(xiàn)超過(guò)正常的正電子，也許是暗物質(zhì)粒子碰撞的結(jié)果，這暗示著太空中可能有暗物質(zhì)存在。雖然衛(wèi)星無(wú)法分辨正電子與質(zhì)子，而阿爾法光譜儀可以，“它會(huì)告訴我們，這些東西究竟是有還是沒(méi)有，”歐洲粒子物理研究所的理論物理學(xué)家約翰·埃利斯說(shuō)道。包括埃利斯博士和丁博士在內(nèi)的一些物理學(xué)家認(rèn)為，來(lái)自暗物質(zhì)的正電子應(yīng)該擁有獨(dú)特的光譜特征，利用宇宙射線(xiàn)光譜儀可測(cè)量到，如果發(fā)現(xiàn)它遵循某種模式，丁博士說(shuō)，“每個(gè)人都會(huì)認(rèn)為它就是暗物質(zhì)。”但許多物理學(xué)家認(rèn)為只有從粒子加速器實(shí)驗(yàn)獲得直接的探測(cè)數(shù)據(jù)，才能認(rèn)為發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)。
即使是丁博士的支持者也為阿爾法磁譜儀實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中的一些曲折而感到困惑。在發(fā)射的日子最后定了下來(lái)之后，丁博士宣布他將用較弱的永久性磁鐵替代原型機(jī)太空飛行時(shí)所用的超導(dǎo)磁鐵，這意味著他將錯(cuò)過(guò)將阿爾法磁譜儀運(yùn)送到卡納維拉爾角發(fā)射場(chǎng)的最后期限。美國(guó)航天局及時(shí)作出了反應(yīng)，將飛行時(shí)間推遲到了2011年。丁博士為在最后時(shí)刻進(jìn)行的改變提出了兩個(gè)原因。2010年2月里進(jìn)行的真空室測(cè)試表明，需要用氦冷卻超導(dǎo)磁體，超導(dǎo)磁體也將在短短的兩年內(nèi)失去超導(dǎo)性，而在太空中讓其恢復(fù)超導(dǎo)性并不是一個(gè)理想的選擇。
在丁博士看來(lái)，國(guó)際空間站的壽命已從2015年延長(zhǎng)至2020年或2028年，不可能讓一臺(tái)失效的機(jī)器在多年的時(shí)間里占用著空間站里的空間。丁博士說(shuō)，永久磁鐵磁場(chǎng)較弱的缺點(diǎn)，因設(shè)備更長(zhǎng)的使用時(shí)間，以及在粒子跟蹤陣列設(shè)計(jì)上的些微改動(dòng)而完全得以抵銷(xiāo)，事實(shí)上，丁博士將其稱(chēng)之為對(duì)阿爾法磁譜儀的一次“升級(jí)”。“如果空間站于2015年就停止使用，我們不會(huì)改換磁鐵，”他說(shuō)。
這次改變，導(dǎo)致了原來(lái)對(duì)這次實(shí)驗(yàn)就有所質(zhì)疑的一些科學(xué)家提出了新一輪的批評(píng)意見(jiàn)，他們懷疑運(yùn)載阿爾法磁譜儀進(jìn)入太空飛行是否安全。航天飛機(jī)工程師則表示，對(duì)此次阿爾法磁譜儀的改變，他們感到欣慰，因?yàn)榭梢圆挥檬褂靡簯B(tài)氦，液態(tài)氦存在著有可能汽化爆炸的危險(xiǎn)，正如兩年前在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上發(fā)生過(guò)的那樣。加州理工學(xué)院的巴瑞·巴里斯曾協(xié)助能源部對(duì)該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)評(píng)價(jià)，巴里斯在一封電子郵件中說(shuō)，盡管這一原先已被批準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)在實(shí)施過(guò)程中“有明顯缺陷”，但還是應(yīng)該按原計(jì)劃發(fā)射飛行。“我不會(huì)和Samuel(指丁肇中)對(duì)著干的，”他補(bǔ)充道。
AMS項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)認(rèn)為天體的帶電粒子(也稱(chēng)為宇宙射線(xiàn))，是探索粒子物理學(xué)尚未解決的一個(gè)問(wèn)題的窗口：為什么宇宙主要是由物質(zhì)，而不是由反物質(zhì)構(gòu)成的？這至今仍是一個(gè)謎。但研究人員希望這次實(shí)驗(yàn)?zāi)馨l(fā)現(xiàn)，宇宙是否如人們所認(rèn)為的那樣，絕對(duì)完全地排斥反物質(zhì)。如果有任何反物質(zhì)逃脫了早期宇宙時(shí)被湮沒(méi)的命運(yùn)，那么這些“流亡”在宇宙中的反物質(zhì)今天應(yīng)該仍然存在著。
AMS還面對(duì)著來(lái)自另一方面的阻力，AMS計(jì)劃首次提出時(shí)，對(duì)反物質(zhì)宇宙射線(xiàn)的檢測(cè)幾乎沒(méi)有進(jìn)行過(guò)多少?lài)L試，但一個(gè)觀(guān)察宇宙的新窗口正在被慢慢打開(kāi)。氣球攜帶的超導(dǎo)光譜儀實(shí)驗(yàn)(BESS)曾在南極洲高空的宇宙射線(xiàn)中尋找反物質(zhì)，2006年發(fā)射的歐洲衛(wèi)星帕梅拉(PAMELA)也于2008年檢測(cè)到了太空中存在著的過(guò)量正電子。這兩者能得出原始反物質(zhì)存在的結(jié)論嗎？也許不能。“那么AMS能提供BESS和PAMELA所無(wú)法提供的這個(gè)基本問(wèn)題的答案嗎？”美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心的約翰·米切爾道，“答案是，也許不能。”但這并不意味著AMS沒(méi)有找到原始反物質(zhì)的機(jī)會(huì)，但這個(gè)機(jī)會(huì)之窗顯然被關(guān)小了不少。
美國(guó)航空航天局天體物理學(xué)咨詢(xún)委員會(huì)主席克雷格·霍根在2008年2月的一封信中指出，“與其他任務(wù)相比，科學(xué)價(jià)值不很顯然的任務(wù)都會(huì)給天體物理學(xué)的整體狀況帶來(lái)危害。”丁肇中對(duì)此則回應(yīng)指出，AMS計(jì)劃不屬于美國(guó)宇航局天體物理學(xué)的任務(wù)，沒(méi)有用過(guò)美國(guó)宇航局科研撥款的錢(qián)，也沒(méi)有美國(guó)航天局的科學(xué)家參與到這項(xiàng)研究工作中來(lái)。至于其科學(xué)價(jià)值的審查，他指出，除了經(jīng)過(guò)歐洲多個(gè)機(jī)構(gòu)的審查之外，美國(guó)能源部也分別于1995年、1999年和2006年對(duì)AMS項(xiàng)目進(jìn)行了審查。歐洲粒子物理研究所的物理學(xué)家大衛(wèi)·斯蒂蘭德回憶道，“Samuel毅然站出來(lái)說(shuō)：‘我拒絕你們的拒絕’。”
國(guó)際空間站的科學(xué)貴賓
阿爾法磁譜儀(AMS)將在太空深處尋找反物質(zhì)，并對(duì)投射到地球附近的宇宙射線(xiàn)進(jìn)行檢測(cè)。
上周，一個(gè)重達(dá)1.5萬(wàn)磅(相當(dāng)于6.7噸)的阿爾法磁譜儀發(fā)射升空，已進(jìn)入國(guó)際空間站。
阿爾法磁譜儀的外形是一個(gè)圓柱形磁鐵，曾于1998年搭載航天飛機(jī)進(jìn)入太空，如今它又被附加了一些用于檢測(cè)宇宙射線(xiàn)的新儀器。這是前美宇航局局長(zhǎng)丹·戈?duì)柖閲?guó)際空間站帶來(lái)的有著重要意義的科學(xué)探索項(xiàng)目，也是諾貝爾獎(jiǎng)得主、物理學(xué)家丁肇中關(guān)于反物質(zhì)的非正統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)的一次檢驗(yàn)。這項(xiàng)花費(fèi)達(dá)20億美元的實(shí)驗(yàn)旨在搜索宇宙中星際氣體、恒星和行星由反物質(zhì)構(gòu)成的區(qū)域。阿爾法磁譜儀檢測(cè)投射到地球上的宇宙射線(xiàn)的敏感度是前所未有的，它將獲得比我們想象中更為可靠的科學(xué)數(shù)據(jù)。
檢測(cè)宇宙射線(xiàn)
阿爾法磁譜儀還將獲得來(lái)自太陽(yáng)和超新星、伽馬射線(xiàn)爆發(fā)等宇宙射線(xiàn)的能量、電荷和組成成分的可靠數(shù)據(jù)，除了檢測(cè)較重的反物質(zhì)原子核之外，這些數(shù)據(jù)還將成為某個(gè)宇宙區(qū)域存在反物質(zhì)的確鑿證據(jù)。
“我們將非常精確地測(cè)量宇宙射線(xiàn)通量，”AMS任務(wù)團(tuán)隊(duì)成員、里斯本粒子物理實(shí)驗(yàn)室的費(fèi)爾南多·巴朗說(shuō)道，“進(jìn)行檢測(cè)最理想的地方是在太空，因?yàn)槟抢锏挠钪嫔渚€(xiàn)不會(huì)受到地球大氣層的影響和破壞。”
歐洲核子研究中心的理論物理學(xué)家約翰·埃利斯雖然沒(méi)有參加這一研究項(xiàng)目，但他對(duì)這次太空任務(wù)也表示贊同，他說(shuō)，與之前的太空宇宙射線(xiàn)探測(cè)器相比，阿爾法磁譜儀有了很大的進(jìn)步，如2006年發(fā)射的太空宇宙線(xiàn)空間探測(cè)器“帕梅拉”。
帕梅拉在銀河系的銀暈檢測(cè)到的正電子，很可能是暗物質(zhì)粒子存在的信號(hào)，AMS的搜索范圍是帕梅拉的200倍，對(duì)同樣的信號(hào)也更為敏感，如果真存在著這樣的信號(hào)的話(huà)。“這無(wú)疑是對(duì)宇宙射線(xiàn)通量最為仔細(xì)的檢測(cè)。”
宇航員在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的作用有助于美國(guó)的太空計(jì)劃獲得更大的公眾支持力度，美國(guó)航天局的宇航員邁克爾·瑪西米諾指出，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的五次維修任務(wù)都是由航天飛機(jī)上的宇航員進(jìn)行的，這是一個(gè)很好的例子，他認(rèn)為，AMS以后的維修任務(wù)很可能也將由宇航員來(lái)進(jìn)行。
進(jìn)入太空后的磁譜儀
奮進(jìn)號(hào)上以馬克·凱利為首的宇航員，使用航天飛機(jī)和國(guó)際空間站的機(jī)械臂，將AMS安裝在國(guó)際空間站的外部金屬托架上。幾小時(shí)后，便有大量宇宙高能粒子數(shù)據(jù)源源不斷發(fā)回地面接收中心。投入運(yùn)行之后，將從地球上對(duì)AMS進(jìn)行控制。
相對(duì)于獨(dú)立在太空中的儀器設(shè)備，安置在國(guó)際空間站擁有更多的優(yōu)勢(shì)，提高了阿爾法磁譜儀的數(shù)據(jù)傳輸速率，如果發(fā)生故障，也將比較容易解決。“阿爾法磁譜儀安置在國(guó)際空間站，讓美國(guó)宇航局引以為豪，”西斯蒂利說(shuō)道，“我們希望能有更多的科研任務(wù)安排在國(guó)際空間站。”
參與阿爾法磁譜儀項(xiàng)目的科學(xué)家來(lái)自全球16個(gè)國(guó)家和地區(qū)的56個(gè)科研機(jī)構(gòu)，這一項(xiàng)目也被認(rèn)為是繼人類(lèi)基因組計(jì)劃、國(guó)際空間站計(jì)劃、強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)計(jì)劃之后的又一個(gè)大型國(guó)際科技合作項(xiàng)目。磁譜儀的主要部件完工于歐洲和亞洲，其中中國(guó)科學(xué)家對(duì)項(xiàng)目的完成作出了“決定性”貢獻(xiàn)。
丁肇中的“不許失敗”
□姚詩(shī)煌
5月16日，美國(guó)“奮進(jìn)號(hào)”航天飛機(jī)最后一次升空，將阿爾法磁譜儀2號(hào)(AMS-02)送往國(guó)際空間站。消息傳來(lái)，作為采訪(fǎng)過(guò)丁肇中的記者，我既高興又激動(dòng)，因?yàn)閷?duì)這次發(fā)射，我也關(guān)注和盼望了近10年。
2002年9月，丁肇中教授來(lái)滬訪(fǎng)問(wèn)，期間到文匯報(bào)社做客。丁教授介紹了他正在進(jìn)行的一項(xiàng)科學(xué)工程：將一臺(tái)重達(dá)7噸的阿爾法磁譜儀放上國(guó)際空間站，以探測(cè)宇宙深處的反物質(zhì)和暗物質(zhì)。我當(dāng)即被這項(xiàng)研究深深吸引住了，向丁教授問(wèn)了好些問(wèn)題，看到我如此饒有興趣，丁教授即讓我隨他到北京參加有關(guān)AMS-02的會(huì)議，并在第二年的4月邀請(qǐng)我到他所在的日內(nèi)瓦歐洲核子中心訪(fǎng)問(wèn)，參加一次AMS的中期匯報(bào)會(huì)。
AMS-02是一項(xiàng)國(guó)際合作的科學(xué)工程，全世界有16個(gè)國(guó)家和地區(qū)的50多所大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)共600多位科學(xué)家參與，原計(jì)劃于2005年發(fā)射升空；然而2003年2月，美國(guó)“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)不幸失事，給計(jì)劃蒙上了陰影。當(dāng)時(shí)，我曾問(wèn)丁教授，這對(duì)AMS的發(fā)射是否會(huì)有影響，他說(shuō)根據(jù)現(xiàn)在的了解，不應(yīng)該產(chǎn)生影響；但后來(lái)航天飛機(jī)的發(fā)射到2005年才恢復(fù)，AMS-02的升空自然被延遲，以后美國(guó)又宣布航天飛機(jī)將陸續(xù)退役，而在最后幾次飛行中，AMS能否排上，更成為變數(shù)。如果一旦排不進(jìn)最后的幾次發(fā)射，丁肇中和整個(gè)科研團(tuán)隊(duì)十多年的心血將付之東流，這確實(shí)讓人揪心。盡管前景莫測(cè)，但丁肇中始終沒(méi)有放棄，并精益求精地對(duì)探測(cè)器進(jìn)行改進(jìn)和完善。期間，丁肇中曾來(lái)電，要我將發(fā)表在文匯報(bào)上兩篇對(duì)他的整版專(zhuān)訪(fǎng)傳給他，據(jù)說(shuō)他正在向政府和國(guó)會(huì)游說(shuō)。2008年,美國(guó)眾議院特地通過(guò)了一項(xiàng)提案，讓NASA(美國(guó)宇航局)額外增加一次運(yùn)載阿爾法磁譜儀的航天飛行。
如今，AMS-02終于升上了太空，丁肇中和他的國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)，以17年的艱險(xiǎn)和努力，總算完成了計(jì)劃的第一步；但整個(gè)研究項(xiàng)目，實(shí)際上才真正開(kāi)始。在今后數(shù)年中，這座放于國(guó)際空間站的儀器，能否探測(cè)到來(lái)自宇宙深處的反粒子？?jī)x器的各個(gè)部件，能否經(jīng)受住太空環(huán)境的嚴(yán)酷考驗(yàn)？這些還都是未知數(shù)。作為一位已負(fù)盛名的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，為什么還要將自己六、七十歲以后的生命，再投入這樣一項(xiàng)充滿(mǎn)風(fēng)險(xiǎn)和不確定性的科學(xué)探索之中？許多人或許會(huì)感到不解。對(duì)此，丁肇中曾對(duì)我說(shuō)：無(wú)論在太空中是否找到反粒子，都具有重大的科學(xué)價(jià)值。他將矢志不渝。這些年來(lái)他謝絕了一切與AMS無(wú)關(guān)的活動(dòng)和邀請(qǐng)，說(shuō)“我只做一件事”；并以年逾七十之身，奔波于參與項(xiàng)目的全球各研究機(jī)構(gòu)，指導(dǎo)、督促、檢查每一個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)。他對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)，都嚴(yán)格要求，近乎于挑剔和苛求。我曾多次看到，有的科學(xué)家或工程師匯報(bào)時(shí)被他問(wèn)得下不了臺(tái)而窘迫萬(wàn)分。他說(shuō)過(guò)：我不允許有任何的失敗。我曾不解地問(wèn)：不是說(shuō)“失敗是成功之母”嗎？他說(shuō)：不，在航天領(lǐng)域，就得保證百分之百的成功。我始終忘不了，他講這句話(huà)時(shí)那種堅(jiān)定的目光和語(yǔ)氣。我想，這就是一位科學(xué)大師的精神和品格；有了這樣的精神，相信丁教授一定會(huì)再次取得成功！
名詞解釋
暗物質(zhì)
宇宙是由原子和分子、質(zhì)子和電子、恒星和星系構(gòu)成的，但在過(guò)去幾十年里，天文學(xué)家得出的結(jié)論是，所有這些宇宙物質(zhì)都疊加了一層不可見(jiàn)的“暗物質(zhì)”的陰影，正是這種不可見(jiàn)的暗物質(zhì)的引力決定了宇宙的結(jié)構(gòu)。換句話(huà)說(shuō)，暗物質(zhì)是宇宙間一種神秘的物質(zhì)，它構(gòu)成了宇宙物質(zhì)的四分之一，并通過(guò)自身引力將宇宙星系聚合在一起。
近年來(lái)，衛(wèi)星和氣球運(yùn)載磁譜儀在南極洲上空探測(cè)接收到了一些神秘的信號(hào)，科學(xué)家們希望，一種被稱(chēng)為阿爾法磁譜儀的儀器設(shè)備發(fā)射到太空，對(duì)宇宙射線(xiàn)進(jìn)行檢測(cè)，也許可以確定這些神秘信號(hào)是否正是來(lái)自暗物質(zhì)，并獲得目前為止還只是理論上存在的暗物質(zhì)粒子和暗能量的證據(jù)。
2008年，歐洲衛(wèi)星帕梅拉檢測(cè)到了太空中存在著的過(guò)量的正電子，也許是由暗物質(zhì)粒子碰撞而造成的，衛(wèi)星無(wú)法分辨正電子與質(zhì)子。但阿爾法光譜儀能夠做到，重達(dá)6.7噸的阿爾法磁譜儀(AMS)，是太空中進(jìn)行的最為雄心勃勃和復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)之一，相當(dāng)于大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)線(xiàn)上龐大的粒子探測(cè)器的縮微版本。
了解暗物質(zhì)的性質(zhì)也許有一天會(huì)以沒(méi)有人能夠想象得到的方式為人類(lèi)所利用，愛(ài)因斯坦的時(shí)空彎曲理論同樣是人類(lèi)感官難以感知到的，但在愛(ài)因斯坦去世數(shù)十年之后，這一理論卻被證明在全球定位系統(tǒng)中起著重要的作用。一些物理學(xué)家認(rèn)為，來(lái)自暗物質(zhì)的正電子應(yīng)該擁有其獨(dú)特的光譜特征，利用宇宙射線(xiàn)光譜儀可檢測(cè)到，如果發(fā)現(xiàn)它擁有某種規(guī)律，科學(xué)界將迎來(lái)暗物質(zhì)的新時(shí)代。
反物質(zhì)
物質(zhì)是由分子和原子組成，原子是由帶負(fù)電的電子和帶正電的原子核組成，如果由帶正電的電子與帶負(fù)電的原子核組成原子，那么就是反原子，由反原子就可組成反物質(zhì)。
科學(xué)家認(rèn)為，約140億年前宇宙誕生時(shí)產(chǎn)生了大體相等的物質(zhì)和反物質(zhì)，那么現(xiàn)在這些反物質(zhì)到哪里去了？一種解釋說(shuō)在宇宙的某些地方存在著由反物質(zhì)組成的星系；還有一種解釋說(shuō)宇宙誕生時(shí)產(chǎn)生的物質(zhì)比反物質(zhì)多了一點(diǎn)，物質(zhì)與反物質(zhì)相互湮滅后，剩下的物質(zhì)就構(gòu)成了現(xiàn)在的宇宙。由于科學(xué)家目前對(duì)反物質(zhì)了解非常少，因此對(duì)宇宙誕生和演化以及物質(zhì)世界構(gòu)成等問(wèn)題很難深入研究。
為解反物質(zhì)之謎，目前科學(xué)家采取了兩種途徑，一是在自然界中尋找反物質(zhì)，研究反物質(zhì)的自然狀態(tài)；二是在實(shí)驗(yàn)室中制造反物質(zhì)，從更多的角度研究反物質(zhì)。
為了“面對(duì)面”地研究反物質(zhì)，科學(xué)家想到了直接“捕捉”反物質(zhì)。在地面，由于大氣干擾，幾乎不可能“捕捉”到反物質(zhì)，因此科學(xué)家把目光投向了太空。
