以下根據高山書院與荔枝播客聯合制作播出的播客欄目《科學相對論》節選整理而成，經老師稽核後公開發布。
本期主播
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蔡崢 清華大學天文系副教授 哈勃冠名博士後學者 紀錄電影《大學》被記錄者之一 |
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程巍William 高山書院2019級學員 火箭派航天 達爾文細胞創始人 深潛技潛極限運動員 登山運動員，2017年登頂珠峰 美國FAA飛行員 |
* 注：全文共2篇，本文為第1篇
天體物理是人類發現新自然規律的重要手段。觀測手段在探索中起了非常重要的作用，為什麼哈勃能發現宇宙膨脹，發現河外星系？一個重要原因是哈勃當時所在的威爾遜山擁有當時世界上最大的望遠鏡。包括後來引力波的發現，也是因為觀測裝置有了一次又一次新的突破。很多天文學突破取決於我們是否擁有先進的觀測裝置。
在最近大火的科學紀錄電影《大學》中，蔡崢老師是被記錄的主角之一。他正在積極為中國建設一個世界領先的寬視場光譜巡天望遠鏡。
在未來10年，歐美髮展的世界主流望遠鏡大概有兩個方向，一個是廣域巡天望遠鏡，它是二維成像；一個是精測型望遠鏡，視場比較小，盯著一個點狂拍，主要拍光譜，它帶來的資訊相當於把二維平面變成了三維立體圖。在這兩個方向上，歐美已經在佈局，即使我們再做也很難有競爭優勢。
我們發現了一個歐美過去沒有涉足過的望遠鏡引數空間：如果望遠鏡口徑在6米以上、視場大於5平方度，一次曝光就可以捕捉到上萬個天體的光譜。也就是寬視場光譜巡天望遠鏡，最後呈現“點面體”的聯合，共同發現宇宙的新規律。未來一旦成功，就能與歐美望遠鏡形成協同互補效應。如果這個機會抓不住，落於人後，我們就很難做到世界領先水平。
William：
新一期《科學相對論》，我們請到了清華大學天文系副教授、哈勃冠名博士後學者——蔡崢老師。他也是現在很火熱的高分紀錄片《大學》的被記錄者之一，目前正在積極建設一個世界領先的寬視場光譜巡天望遠鏡。
您有一個非常有意思的頭銜，什麼是“哈勃冠名博士後學者”？
蔡崢：
哈勃學者是美國國家航空航天局（NASA）冠名的一個專案，它面向全世界博士畢業三年之內的天文學家，每年評選出10-15名優秀學者給予基金支援。拿到這個之後，哈勃學者相當於自帶研究基金，可以在美國任何一個大學做研究，所以深受大學的歡迎。
美國著名的太空望遠鏡也叫哈勃，其實都來源於一個人——愛德文·哈勃。
他是觀測宇宙學的開山鼻祖，對天文學的貢獻很大：一是發現了河外星系，也就是宇宙中存在很多和銀河系類似的星系；二是他發現離得越遠的星系就會以越快的速度遠離我們，它們的光譜譜線發生紅移，由此證實了宇宙並不是靜態的，而是在不斷地膨脹。愛因斯坦在和他交談後認為自己的宇宙觀都被改變了。
哈勃雖然沒有獲得諾貝爾獎，但他應該可以被稱為“無冕之王”，就像愛因斯坦並沒有因為相對論而獲得諾貝爾獎一樣，他們的發現在當時太超前了！
後來，美國把最大的巡天望遠鏡命名為哈勃望遠鏡，冠名了哈勃學者獎金，用來鼓勵年輕一代的天文學者們。
William：
在我看來，早期天文學脫胎於物理學，像牛頓、哥白尼是天文學家同時也是物理學家。從什麼時候開始，天文學開始成為一個獨立的學科？
蔡崢：
天文學中最重要的一個分支是天體物理學，但是天體物理學到底是從誰開始的，還存在爭論。
我認為牛頓應該是偉大的先驅之一，他從理論物理學的角度，用第一原理解釋了開普勒三定律，行星為什麼運動等現象；
基爾霍夫應該也是先驅之一，他開創了光譜學，提出了光譜分析法，他從光譜裡發現，太陽的化學元素跟地球上的某些元素是一樣的，這也是天體物理學的開端之一。
天文學歷史其實比天體物理學的歷史要長得多，它幾乎可以追溯到人類誕生那一刻起。
天文學在很早時候就應用於導航定位、計算山體高度、測量地球半徑等，那時天文學與幾何學關係密切。經過幾千年的發展，從牛頓、基爾霍夫到現在，天文學與物理學密切聯絡了起來。目前有一種趨勢，就是計算機技術如AI越來越多地應用於天文學研究中。
我認為天文學是人類認知自然的基本學科，從古至今一直推動著人類的發展。
William：
天文學在高速發展，我們的觀測手段和工具也在發展，宇宙就像一個大試驗場，我們的先進工具都將應用到其中。
蔡崢：
對。宇宙的時空尺度太大，內容太多，我們總能發現新東西。僅僅在地球上就有很多新發現，更不用說當我們把目光投向整個宇宙了。在宇宙中，任何理論都是難以想象的，一切的物理定律都可以在這個巨大的時空場中得到檢驗。
以太陽系為例，宇宙中有比太陽大幾百倍的恆星，銀河系裡就有2000多億個“太陽”，而宇宙又有2000多億個“銀河系”。以密度極大的中子星為例，若是在地球中，半個指甲蓋大小的中子星質量，就需要幾十艘萬噸巨輪才能運載起來。
宇宙總能在這種人類無法達到的極端條件下檢驗定律的可靠性。在這麼極端的條件下，很多定律依然遵循人類在地球上的發現，但它也一次次挑戰著這些發現，激勵著我們發現新的定律。
這可能是人類來源於基因的最原始的特點。我們跟動物最大的區別是什麼？就是我們對未知的好奇心和探索精神。如果我們真正走在世界前列，以人類命運共同體為理念，我們一定要在人類共同關心的重大問題上，給出我們自己的解答。
William：
我非常同意您的說法。人類科學的進步實際上就是一次次發現自己渺小的過程。這是我們在認知上的進步。
您現在正在積極地參與建設寬視場光譜巡天望遠鏡，請您介紹下這是個什麼專案，為什麼要做這樣一件事？
蔡崢：
實際上， 天體物理是人類發現新自然規律的重要手段。觀測手段在探索中起了非常重要的作用，為什麼哈勃能發現宇宙膨脹，發現河外星系？一個重要原因是哈勃當時所在的威爾遜山擁有當時世界上最大的望遠鏡。包括後來引力波的發現，也是因為觀測裝置有了一次又一次新的突破。很多天文學突破取決於我們是否擁有先進的觀測裝置。
為什麼我們想做一個寬視場光譜巡天望遠鏡？我們分析在未來10年，歐美髮展的世界主流望遠鏡大概有兩個方向，一個是廣域巡天望遠鏡，它是二維成像；一個是精測型望遠鏡，視場比較小，盯著一個點狂拍，主要拍光譜，它帶來的資訊比二維成像增加了一個維度，相當於把二維平面變成了三維立體圖，並且能夠揭示化學組成、動力學等資訊。在這兩個方向上，歐美已經在佈局，即使我們再做也很難有競爭優勢。
我們發現了一個歐美過去沒有涉足過的望遠鏡引數空間：如果望遠鏡口徑在6米以上、視場大於5平方度，一次曝光就可以捕捉到上萬個天體的光譜。從點（精測）到面（成像）最後到體，就是我們在做的寬視場光譜巡天望遠鏡，最後呈現“點面體”的聯合，共同發現宇宙的新規律。未來一旦成功，就能與歐美望遠鏡形成協同互補效應。
毛淑德教授曾講過我國望遠鏡的現狀，他講得非常正確也非常嚴峻，在一些領域如天眼、LAMOST等望遠鏡世界領先，但中國的光學紅外望遠鏡跟主流國家的差距還很大。
寬視場光譜巡天望遠鏡是我們的一次機會，是我們踮踮腳可能夠到的目標，宇宙這麼大，只要我們在空白引數空間深入研究，就一定能發現新規律。如果這個機會抓不住，落於人後，我們就很難做到世界領先水平。
William：
在最近大火的科學紀錄電影《大學》中，您也是被記錄的主角之一，講述了您的這段故事，您能不能講一講這段電影經歷？
紀錄電影《大學》官方
蔡崢：
這部電影是獻禮清華大學110年校慶的。為了這件事情，導演組提前三年就開始了籌備，選擇了幾個比較有代表性的清華新生、畢業生、青年教師以及退休老院士，講述各自的故事。
他們在2018年透過清華大學人事處找到了我，當時我還在美國，正在籌備這個特別重要的專案——寬視場巡天望遠鏡。
關於電影，我們從構思到拍攝記錄，大概用了兩年多的時間，後期製作大概半年多。電影團隊跟我在美國待了幾個月，記錄了我從美國回到中國的這段時間的經歷，講述了我們為什麼要發起這個專案，以及其中遇到的無數困難等等，他們記錄我，也是因為我的故事充滿跌宕起伏。
William：
電影中有一個經典的橋段，您帶著吉他，牽著拿望遠鏡的女兒，走在一片草地上坐下來彈吉他唱歌，叫《帶你一起丟手絹》。您很喜歡音樂？喜歡什麼音樂？
蔡崢：
我自己平時彈彈吉他，小時候拉手風琴。我也讓我女兒學音樂學鋼琴。我認為如果音樂學得好，對數字是有感覺的。我小時候受到的音樂訓練讓我能夠判斷出兩個音準間隔多少數字，實際上數字的感覺可以在音樂上得到訓練。
開普勒在發現天體運動規律時就是在巴赫的音樂中尋找到的靈感，所以，世界上總有些簡單而合拍的旋律聽起來很舒服，它是契合的。我也特別喜歡音樂，喜歡唱歌。
音訊剪輯 | 荔枝、向桃
整理丨李嘉
編輯丨朱珍
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