新華社武漢10月31日電 題：在中國一所大學(xué)的山洞里，有這樣一群“追引力的科學(xué)家”

　　新華社記者皮曙初、俞儉、胡喆

　　這是華中科技大學(xué)引力實(shí)驗(yàn)中心（4月4日無人機(jī)拍攝）。新華社記者熊琦攝

　　三百多年前，牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律，并提出精確計算物體與物體間引力的萬有引力常數(shù)G。然而，由于引力十分微弱，作為人類最早認(rèn)識的物理學(xué)基本常數(shù)，G值的測量精度迄今為止仍是最差的一個。

　　在湖北武漢的華中科技大學(xué)，有這樣一群科學(xué)家，他們堅(jiān)守防空洞改建的實(shí)驗(yàn)室，在艱苦環(huán)境下，忍受著常人難以想象的孤寂和冷清，三十多年如一日，探索著萬有引力的奧秘，一次次將萬有引力常數(shù)G值推向新的測量精度。不久前，中國科學(xué)院院士羅俊團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志刊發(fā)最新成果，測出了當(dāng)前世界最精確的G值，實(shí)現(xiàn)在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域?qū)H一流的趕超。

　? 與時間苦“熬”：堅(jiān)持不懈“坐熱”基礎(chǔ)研究“冷板凳”

這是羅俊院士肖像照（3月27日攝）。新華社記者熊琦攝

　　萬有引力定律發(fā)現(xiàn)100多年后，英國物理學(xué)家卡文迪許第一次利用扭秤實(shí)驗(yàn)測出G值，因而被認(rèn)為是歷史上第一個測出萬有引力常數(shù)的科學(xué)家，他的實(shí)驗(yàn)也被稱為“測量地球重量的實(shí)驗(yàn)”。此后，各國科學(xué)家一直在為測量更精確的G值不懈努力。

　　引力測量的難度，在于實(shí)驗(yàn)對地面振動、電磁力、溫度變化等干擾極為敏感。華中科技大學(xué)引力中心是目前我國唯一引力實(shí)驗(yàn)研究基地。20世紀(jì)80年代初籌建之初，他們選中校內(nèi)喻家山一處防空洞作為實(shí)驗(yàn)室。山洞陰暗潮濕，但是震動小、溫度恒定，是難得的引力實(shí)驗(yàn)場所。

　　羅俊院士在華中科技大學(xué)引力實(shí)驗(yàn)中心（3月27日攝）。新華社記者熊琦攝

　　從那時起，羅俊帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)一直堅(jiān)守在山洞之中。開始的近10年，除去吃飯和睡覺，羅俊幾乎全在山洞中度過。經(jīng)年累月，頭發(fā)掉了一大半，臉上出現(xiàn)一塊塊白斑，甚至“每個月都要感冒發(fā)燒一兩次”。因?yàn)樯蕉蠢锏臏囟瘸Ｄ晔?0攝氏度，溫差不超過1攝氏度，羅俊常年只穿一件襯衫，過著屬于自己的“恒溫”季節(jié)。

　　十多年過去，1998年，羅俊發(fā)表105ppm（1ppm即百萬分之一）相對精度的萬有引力常數(shù)測量結(jié)果，成為當(dāng)時世界上測量精度最高的G值之一。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果被國際科技數(shù)據(jù)委員會（CODATA）的基本物理常數(shù)所收錄，并以華中理工大學(xué)英文縮寫HUST命名。

　　位于中國中部的這個小山洞引起了世界關(guān)注，國外專家將其譽(yù)為“世界引力中心”。

　　羅俊院士在華中科技大學(xué)引力實(shí)驗(yàn)中心介紹引力波探測“天琴計劃”的進(jìn)展情況（3月27日攝）。新華社記者熊琦攝

　　基礎(chǔ)科學(xué)研究猶如攀爬陡峭的巉巖，漫長而艱辛。引力實(shí)驗(yàn)更是一項(xiàng)十分長期艱苦的研究，從實(shí)驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計、打磨，到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的取得，每前進(jìn)一步往往需要十?dāng)?shù)年乃至數(shù)十年的苦“熬”。

　　又經(jīng)過十年實(shí)驗(yàn)和研究，羅俊團(tuán)隊(duì)將G值測量精度提高到26ppm，這是采用扭秤周期法測得的最高精度G值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果再次被CODATA值收錄，命名為HUST-09。

　　“這個精度相當(dāng)于在一個1米桿的一端，放上一?；覊m千萬分之一的重量，也能測量出來?！绷_俊說。

　　“做這樣的實(shí)驗(yàn)沒點(diǎn)‘瘋狂’與‘執(zhí)拗’，是堅(jiān)持不下來的?！比A中科技大學(xué)物理學(xué)院副院長涂良成說。

　　這樣的“瘋狂”和“執(zhí)拗”從未停歇。又是一個十年過去，羅俊團(tuán)隊(duì)采用扭秤周期法和角加速度法兩種不同方法，在同一實(shí)驗(yàn)室測量萬有引力常數(shù)，給出了目前國際上最高精度的G值，相對不確定度優(yōu)于12ppm。

　　“也許在外人看來那是相當(dāng)?shù)目菰铮覀儧]有覺得，因?yàn)槲覀冄芯康膯栴}是科學(xué)還沒解決的領(lǐng)地，在未知的世界里探索，哪怕你只獲得一點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)展，都會非常開心。”團(tuán)隊(duì)成員楊山清說。

　　從羅俊到“70后”的周澤兵、胡忠坤、涂良成，“80后”周敏康、楊山清、段小春，乃至“90后”博士生、碩士生，一代代“引力人”就這樣耐得住寂寞、守得住冷清，硬是把基礎(chǔ)研究的“冷板凳”生生給“坐熱了”。

　　為科學(xué)而“瘋”，自力更生艱苦創(chuàng)造成就“世界最好”

　　羅俊院士（左二）與楊山清（中）、胡忠坤（右二）、涂良成（右一）、周澤兵（左一）在華中科技大學(xué)引力實(shí)驗(yàn)中心交流引力波探測裝置的運(yùn)行情況（3月27日攝）。新華社記者熊琦攝

　　1985年“山洞實(shí)驗(yàn)室”建成之時，有14個籌備人員，如今還在這個團(tuán)隊(duì)的只剩下羅俊和一名工作人員。一開始，全國有3家引力實(shí)驗(yàn)研究中心，堅(jiān)持到今天從未間斷過的只有華中科技大學(xué)引力中心。

　　涂良成說：“原因很清楚，實(shí)驗(yàn)周期特別長，拿不到什么大課題大項(xiàng)目，要堅(jiān)持下來很難。而且，這樣的基礎(chǔ)研究也不是一般人認(rèn)為的研究‘熱點(diǎn)’，而是個‘冷門’，所以有人選擇了離開。”

　　然而，羅俊和他的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，對G值的精確測量，不僅對于檢驗(yàn)牛頓萬有引力定律及深入研究引力相互作用規(guī)律意義重大，而且具有計量學(xué)上的重要意義，對于現(xiàn)實(shí)中包括地震在內(nèi)的自然環(huán)境監(jiān)測、地質(zhì)資源勘測等都有重要戰(zhàn)略意義。

　　引力常數(shù)精度的每一次提升，也是精密測量技術(shù)的一次革命。他們堅(jiān)信，破解基礎(chǔ)科學(xué)的難題，一定會推動國家科技進(jìn)步。

　　因此，他們不僅堅(jiān)持下來，而且一次次提出具有創(chuàng)新思想的精密測量實(shí)驗(yàn)方案，一次次破解關(guān)鍵難題。

　　羅俊院士（右）在華中科技大學(xué)引力實(shí)驗(yàn)中心與科研人員交流實(shí)驗(yàn)情況（3月27日攝）。新華社記者熊琦攝

　　引力中心籌建之初，面臨的是“三無”局面：無經(jīng)費(fèi)資助、無資料可查、無儀器可用。由于引力實(shí)驗(yàn)和重力測量研究的地位重要，國外的資料無法拿到，我國也沒有任何先例可循。

　　儀器的先進(jìn)性直接決定著引力實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)精度。一次，引力中心欲向國外某實(shí)驗(yàn)室購買某種衛(wèi)星重力測量儀器，對方提出該儀器不是商品，是無價的，中國要想使用，“必須交換”。

　　“如何交換呢？就是他們給儀器，我們必須給他們原始數(shù)據(jù)。這是非常霸道無理的要求，意味著可能拱手送出國家機(jī)密！”羅俊說，經(jīng)歷這件事后，引力中心更加堅(jiān)定了要走獨(dú)立自主的研究道路——自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)路線、自主制定測量方案、自主研發(fā)儀器設(shè)備。

　　華中科技大學(xué)引力實(shí)驗(yàn)中心的涂良成（左）、胡忠坤（中）、周澤兵在交流實(shí)驗(yàn)情況（3月27日攝）。新華社記者熊琦攝

　　引力實(shí)驗(yàn)中要用到一種特殊的鋼球，每個球的圓度要精確到1微米，而能買到的這種球最好精度在5到10微米。引力中心副研究員薛超介紹，試了很多辦法都失敗了，只好自己慢慢地磨，光一個球就磨了九個月，精度最終達(dá)到了0.8微米。

　　“四個球磨出來之后，確實(shí)達(dá)到非常好的效果，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性非常高。”薛超說，“這只是做精密測量試驗(yàn)所經(jīng)常要花的功夫?！?/p>

　　G值的測量原理早已十分明確，但測量過程卻異常繁瑣、復(fù)雜。為了增加測量結(jié)果的可靠性，羅俊團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中同時使用了扭秤周期法和扭秤角加速度反饋法兩種獨(dú)立的方法。這兩種實(shí)驗(yàn)方法雖已不再新奇，但與兩種方法相關(guān)的裝置設(shè)計及諸多技術(shù)細(xì)節(jié)均需團(tuán)隊(duì)成員自己摸索、自主研制完成。

　　“我們用兩種不同的方法，用自主研發(fā)的一批儀器，一步一步將精度提高。又是一個十年，我們做到了世界上最好、獲得國際認(rèn)可的最高精度?！眻F(tuán)隊(duì)成員楊山清教授說。

　　美國天體物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室（JILA）前主席James E. Faller教授評價，“這個團(tuán)隊(duì)的工作非常杰出，為獲得準(zhǔn)確G值做出了極其重要的貢獻(xiàn)”，“擁有羅俊、他的團(tuán)隊(duì)和這樣一個出色的實(shí)驗(yàn)室是中國的驕傲”。

　　為探索而“癡”：科學(xué)在心中有一種不可抗拒的“吸引力”

　　羅俊院士（右）在華中科技大學(xué)引力實(shí)驗(yàn)中心與科研人員交流實(shí)驗(yàn)情況（3月27日攝）。新華社記者熊琦攝

　　位于武漢市洪山區(qū)喻家山下的“山洞實(shí)驗(yàn)室”，甬道狹長幽深，水泥涂層斑駁，甬道兩邊一間間擺放著各種儀器設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室。不管白天黑夜，這些實(shí)驗(yàn)室里的燈總是亮著。假如沒有了燈光，這里將是望不見盡頭的黑暗。

　　有人發(fā)出疑問：假如沒有看到今天的成果，以十年、數(shù)十年為單位的引力基礎(chǔ)科學(xué)研究和摸索，本身就具有很強(qiáng)的不確定性，值得嗎？

　　科學(xué)研究散發(fā)出的魅力似乎在科學(xué)家身上總是那么“不可抗拒”，他們的回答幾乎異口同聲：能測出最精確的G值、做出最好的科研成就，就足夠了。

　　如今“山洞實(shí)驗(yàn)室”不斷擴(kuò)建，實(shí)驗(yàn)條件比從前大為改善，一批兼具理論與實(shí)踐能力的優(yōu)秀人才在這里成長。然而這里潛心科研、不問功名的氛圍一直沒有變，大家沉下心在科學(xué)王國里開疆拓土的創(chuàng)新激情也一直沒變。

　　華中科技大學(xué)物理學(xué)院副院長涂良成在調(diào)試實(shí)驗(yàn)裝置（3月27日攝）。新華社記者熊琦攝

　　冷原子物質(zhì)波干涉具有潛在靈敏度高和對重力敏感的優(yōu)勢，是重力精密測量的新方向。引力中心胡忠坤教授剛開始做冷原子重力儀的時候，整整五年一篇論文都沒發(fā)表，但他始終不言放棄，用12年的努力，在冷原子干涉重力測量方面實(shí)現(xiàn)“彎道超車”，由跟跑到并跑和領(lǐng)跑。

　　“引力中心實(shí)驗(yàn)室里測G的技術(shù)，在國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防科技等領(lǐng)域都能得到引用。” 華中科技大學(xué)物理學(xué)院黨委書記張凱說，他們測量G值的過程中，一批高精端的儀器設(shè)備被研發(fā)，且其中很多儀器已在地球重力場的測量、地質(zhì)勘探等方面發(fā)揮重要作用。

　　4月4日，華中科技大學(xué)引力實(shí)驗(yàn)中心周澤兵（中）與科研人員交流實(shí)驗(yàn)情況。新華社記者熊琦攝

　　科研團(tuán)隊(duì)用18年時間，應(yīng)用精密測量技術(shù)，取得高精度星載加速度計的關(guān)鍵技術(shù)突破，打破了制約我國重力衛(wèi)星研究的瓶頸，突破國外對我技術(shù)封鎖。“未來，我們可以用重力給地球做核磁共振，可以把礦產(chǎn)資源這樣的戰(zhàn)略信息掌握在中國人自己的手里?！蓖苛汲烧f。

　　“丹心未泯創(chuàng)新愿，白發(fā)猶殘求是輝”。2014年，羅俊院士提出了引力波探測計劃“天琴計劃”，向著當(dāng)今世界引力研究的最前沿、科學(xué)研究的新高峰發(fā)起挑戰(zhàn)。

　　4月4日，引力波探測“天琴計劃”研究人員在華中科技大學(xué)引力實(shí)驗(yàn)中心磨制用于精密測量引力的鋼球。新華社記者熊琦攝

　　“探索引力波是精密測量研究絕對的技術(shù)挑戰(zhàn)。”羅俊說，它要求對17萬公里兩顆衛(wèi)星之間激光擾動的測量要達(dá)到皮米精度，相當(dāng)于一根頭發(fā)直徑的千萬分之一。

　　甘坐冷板凳，勇做栽樹人。盡管，這將又是一次漫長而艱辛的攀爬，但這群山洞里的“引力人”堅(jiān)信，無論是引力測量還是引力波探測，基礎(chǔ)科學(xué)必將帶動一個國家的人才和技術(shù)進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)前瞻性基礎(chǔ)研究、引領(lǐng)性原創(chuàng)成果重大突破，夯實(shí)好世界科技強(qiáng)國建設(shè)的根基。