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【荐读】在北大当教授是什么样的体验
到了某个阶段，做事情的高度是由人的思想意识决定的，因此有自己独立思考的时间是很重要的。不管是做科研还是别的，思想决定你的意识，意识最后才决定你的行为。
刘富坤
北京大学物理学院天文学系教授、博士生导师。曾到过德国马普天体研究所、英国牛津大学和美国哈佛大学等作学术报告，在物理研究方面获得过多项大奖。
找到世界最顶级的老师
1983 年，我16岁上的大学。我来自云南昭通的大关县，家在乌蒙大山里。当时那里交通极为不便，从家乡出来到昆明读书需要走路到县城，然后再辗转乘坐几天的汽车。我父亲1949年以前给地主家当长工，他在我初一的时候去世了，这养成了我比较独立的性格。高考的时候我对大学知之甚少，报志愿时第一批录取志愿仅报了云南大学，因为云南大学是云南省的，我听说过它不错，其他的大学不了解也都没怎么听说过，身边也没有人可以咨询。那时我觉得全国的大学都一样，对我来说都只是一个名字，所以觉得北大和云大都差不多，只不过一个是北京的学校，一个是云南的学校，报哪个学校都是一样的。后来上大学报到时才发现不是一回事了。
”中学时我最喜欢的是数学，大学的时候学了物理，后来学天文是机缘巧合。我喜欢看远一点，再远一点，然后努力突破极限再远一点。大约在大二时，我开始规划我的人生，思考这一生我应从事什么职业，在这个职业上能发展到哪种层次。我的目标说大一点，是为社会做贡献，说小一点，就是把自己的职业做到最高层次。我从小喜欢看《三国演义》之类的书，小男孩还是有点个人英雄主义，总想做点事情出来。我觉得每一个人都要逼自己，让自己做到最好，尤其是把自己的事业做到最好，这样其实就是为国家做贡献了。
当时我觉得如果以这个为目标的话，就要根据自己的环境、平台和资源来规划，比方有些人智商高，就可以做高智商的工作；有些人情商好，从事管理工作就会特别强。智商、情商、家境等等，就是你的资源、你的特长。我家是农村的，能够支持我的资源是非常有限的，而做科研才有可能至少在起步阶段主要靠自己。于是我决定以做科研为职业。我当时觉得对我来说，要想做到世界最好，那么做科研的可能性是最大的，其他的可能性都非常小。
我觉得自己水平有限，如果要做科研，且要做到世界最顶尖，那么自然就得有个规划。第一步就是把每天规划好。学习不能以考试为导向，而要以科研为目标，做好规划，在云大读书期间我就一直以这种心态来学习。第二步是准备出国读博士，因为我觉得必须得让那些带出世界最顶级科学家的老师来指导自己。不同的老师对同一个东西的讲授是不一样的，很多人觉得好像老师带一带没用，其实带一带是最关键的（打个比方就是，如果想造一时空隧道，好老师就是那个告诉你在哪可以造，并且为你打下第一钻的人）。只要你的智商足够高，然后有人点你一下，你就豁然开朗了，接着你就知道该怎么做，剩下的事情其实很简单。如果没有老师点一下，你可能怎么琢磨也琢磨不出来。所以我觉得让世界最顶级的老师来指点自己，能让自己具备最好的科研能力。
之前我的规划是到国外去读博士、做博士后，在国外待十来年再回国。后来我在国外总共待了九年左右，和规划的时间大致差不多。在国外的时候，我的学校SISSA（意大利国际高等研究生院）属于世界上天文研究领域最拔尖的学校之一。我其中的一个老师是丹尼斯·西阿玛(Dennis Sciama)，可能他的名字你们没听说过，但是他一个学生的名字你们肯定都听说过，就是霍金。西阿玛老师原来在英国牛津大学任教，后来SISSA 把他挖过去当系主任，他自己虽然是一个世界著名的科学家，但他真正有名的是教学生，霍金只是他众多著名学生中的一个，他还有很多基本上跟霍金齐名的学生，一只手都数不过来。在广义相对论里面留了名字的，很多都是他学生，量子计算机的概念也是他学生提出来的。我当时觉得应该让这样牛的老师来指点我。
北大是我深思熟虑的选择
回国前我在瑞典的哥德堡大学和查尔姆斯做博士后，面临着的一个问题就是到底是在国外找工作待下来，还是回国。我可能还是有点小骄傲，我的观点是中国人不比别人差。如果让我移民，改变国籍，我觉得是对自己的一个否定，我接受不了。2000 年，北大成立了天文系，系主任是陈建生院士。我给陈建生院士写了封信，他没有回信，而是在一天早上8点我刚到办公室时，他一个电话就打过去了，他说北大非常欢迎我回来，我有什么条件就提，当时我就觉得北大特别热情。
我决定回国前到中国科学院考察过，也到其他大学去访问过，但还是觉得北大最适合自己。北大的个性比较活跃、比较投入，我喜欢做一些跟别人不一样的研究，北大也喜欢做别人没做过的事情。我喜欢做事情尽可能在思想上看得更远一点，超越自己，努力超越全世界，让自己看见大家都看不见的东西，刚好北大也提倡追求卓越。北大民主、兼容，只要是积极向上的，就允许你跟大家不一样，这也是我特别喜欢的地方。北大不给你施加压力，不去规定你一年必须发多少文章，当然你要是能发文章是最好的了。北大“敢为天下先”，不只是“敢为”，而且希望自己是天下先、做天下先，这就是北大的一个气质，这也是我选北大很重要的原因。我一直想做没人做过的，或者说是从来没有人做过的，我觉得北大最适合我，于是2001年的时候我就到了北大。
并合的双黑洞
宇宙有很多看不见的物质，它们在天文学上叫作暗物质。有些暗物质属于冷的，叫冷暗物质，但是天文学表述的温度跟我们普通人觉得的温度高低不是一种概念。我们的星系，包括银河系，在这样的一个暗物质主导的宇宙里面慢慢形成，而形成的过程中，星系都是先形成小的星系，这些小的星系因为相互之间有万有引力，互相绕着转，最后因为互相吸引碰在一起变成一个，就这样越变越大。在小星系里面形成恒星，大质量恒星死时产生超新星爆发，形成黑洞，然后形成中子星。
大约1998 年至2000 年的时候，天文学家用哈勃及其他大型望远镜看银河系和其他星系的中心时发现，银河系和其他几乎所有星系的中心都存在着一个非常奇怪的看不见的巨大怪兽。因为这个怪兽可以吞食任何东西，吃了不吐骨头似的，所有东西都是只能进不能出，有点像传说中的貔貅，而且这个怪兽是没有光的，我们看不见它，所以美国物理学家约翰·惠勒给它取了个很形象的名字—— “黑洞”。所有星系中心都有这样的巨型黑洞，当时觉得这个事情非常怪。再后来人们发现黑洞可能是和星系同时形成的，一起长大，共同演化。这个今天依然是天文学非常前沿、非常重要的问题。
星系越大中心黑洞越大，星系越小黑洞也越小，这些都是很奇怪的，直到现在这在天文学上还是一个热门的问题，后来很多人就跟进开始研究了。我当时就思考着再往前走一步。我发现一个逻辑结果：如果每个星系中心都有一个黑洞，且星系之间不断并合、增长形成较大星系，那么星系中心应该有两个甚至多个黑洞，不应该是一个。这两个黑洞的命运有两种可能：一种可能是像地球绕太阳转一样，这样星系里面就有两个黑洞；另外一种是这两个黑洞有可能并合了，变成一个黑洞。虽然没法确定到底是一个还是两个黑洞，但至少我们知道了以前认为每个星系中心都是一个黑洞，这个观点是有问题的。2016 年的时候人们探测到了引力波，就是两个恒星大小的黑洞并合成一个时发出来的。但我和我的研究组早在2001 年就提出了两个巨型黑洞的概念，当时很多人不信，特别是国内不信，因为全世界研究这个东西的没几个人，我们是全世界最早研究的研究组之一，也是当时国内唯一的一个。
星系里面最多的是星星。星星一般都是老老实实地转，但其实它们是互相影响对方的运动的。有一些星星出身不好，也就是位置不好，在受到了别的星星的影响时，这些运气不好的倒霉蛋就会掉到黑洞里，被黑洞吃掉。黑洞先把星星撕裂了，再把星星的残骸一点点地吞进去。星星在被撕裂和吞噬的过程中会发出剧烈的光芒，发射出可见光、X 光甚至伽马射线，艺术一点来比喻就是发出惨叫了，这会持续几个月到几年。一般在几千年到几万年，黑洞会撕裂着吃掉一颗星星。
黑洞吃东西的时候，物质不断往里面掉，由于物质互相之间会摩擦生热，温度变得非常高，甚至高到最后发射X 射线，这样就可以看见这些发热发光气体了，可以通过看这些气体来观察这些黑洞。天文学家造了很多望远镜仪器盯着看，后来看见了。这些黑洞在吃东西的时候就像怪兽在活动一样，因此天文学家发现这些怪兽是星系的中心，给它取了个名字叫作活动的星系的核，但是这样的活动星系核非常少，只占10％-20％，还有80％ -90％是像我们银河系一样不活动的。
当时我就觉得如果星系中心是一个黑洞，一个黑洞和两个黑洞吃东西是不一样的，因此到底是一个还是两个，就可以根据它吃东西时的特征来判断。我2001年、2002 年的时候发表文章说，其实是可以通过这个来告诉大家，星系中心是一个黑洞还是两个黑洞，为此当时做了大量的研究。天文学家觉得现在望远镜的能力不够，没办法直接给它拍照片，只能通过它吃东西产生的信息来论证它是一个还是两个。大家正在造一个30米的光学望远镜和一个好几平方千米的射电望远镜阵列，目的之一就是去给黑洞拍照片。
2001 年起我们主要研究的是活动星系核中的双黑洞。大约在2004 年，我把目光转向如何观测研究星系中心的超大质量双黑洞。这是当时国际上没有任何人涉足的处女地，因为它是一个挑战极端的课题，无人能回答这个问题。我研究后发现，原则上这个问题应该可以通过观测黑洞撕裂和吞食恒星来回答的。天文学不能停留在概念上，后来我就带着我的一个博士生从2006 年起开展详细的研究，先用计算机模拟，然后进行数值计算、理论计算。2008 年，我们发表了第一篇文章。2009 年的时候我们又进一步做了理论预言，星系中心的双黑洞在撕裂吞食恒星时，将产生独特的光变特征，我们在文章中详细预言了这些双黑洞“歌唱歌剧”时将采用的“五线谱”。
欧州的欧空局有个XMM—牛顿卫星，全天监视有没有黑洞在撕裂恒星发光。2010 年时看见在一个星系的中心，那里有颗恒星，正被黑洞吃进去，产生了X 辐射，发出特别的惨叫“声音”，就像人在唱歌剧，有点像咏叹调似的，几个月后“声音”慢慢消失了，整个宇宙又回归平静。按照我们2009 年的预言，我们说两个黑洞撕裂和吞食恒星的“惨叫”具有韵律，就像唱意大利人的歌剧，并且不同的曲目有不同的韵律。我们当时就告诉他们，他们发现的这个东西其实我们早就预言了，就应该是这样的。
2012 年的时候，他们把数据发表出来，我们把我们2009 年的理论和这个对比了，两个文章的曲线谱吻合得严丝合缝，相当于你写的五线谱，跟人家唱的是一致的。2014 年，我们把我们对比的结果发表出来，宣布我们用X 射线卫星看见了星系中心隐匿的超大质量双黑洞，我们是全世界第一个看见的，第一个向整个人类验证了理论预言的星系中心双黑洞的。报道之后，国际上评价说，这一发现属于那类改变我们已有的宇宙观，同时又开启一个全新的天文研究领域的发现。我个人觉得更重要的是它说明宇宙里面存在这样非常强的引力波源。我们最后预测这两个黑洞大概在100 万年以后，是要并合成一个的，并且并合成一个的话，它会产生引力波爆发，就像2016年美国的探测卫星看见那两个恒星大小的黑洞并合一样。
欧空局现在准备放一个空间引力波探测器，两个巨型黑洞就是他们要监测的引力波源。这些黑洞就是我们发现的这一类黑洞，两个黑洞并合时会产生引力波辐射爆发。到了2015 年、2016 年的时候，国际上包括美国耶鲁大学在内的几个一流大学，认识到我们工作的重要性，开始从头研究我们2009 年的工作，做同样的东西。从科学的角度来说，不同的研究组用不同的研究方法，做同样的事情来验证一下，是必要的。最后他们的结果和我们的一样，我们的工作组慢慢就被全世界认可了。
我们发现的这个双黑洞大概100 万年以后会并合成一个，但是我们人是活不了100 万年的，因此不可能看到它们并合。我们可以用理论模型做加速看结果，但是更重要的是我们希望能够探测到一对正在并合的双黑洞，如果我们的预言是对的，宇宙里很多星系都是有两个黑洞正在互相绕着转，有很多已经并合了，自然还有很多正在并合的，它就应该在最近几年被发现，但是具体到哪一天我不知道，应该不会很迟。
”培养科学意识任重道远
数、理、化、天、地、生，除了天文之外，其他的这些学科在中学、在社会上都有广泛的社会基础了。天文是一级学科，在中国是一个比较年轻的学科，学生们都不是很了解。教育的第一步就是招收好学生，而招收好学生的前提是学生了解天文学。因此我们每年都会举办一个“全国中学生天文暑期课堂”宣传天文。我们的暑期课堂都是由系主任亲自负责做的，我做系主任之后，觉得如果能够在中学开一门天文课，即使是选修课那也是一件很好的事情。但这是蛮困难的，因为中学想开天文课的话，首先要有专业老师进入；但对国家来说，要学校先开设课程，有了岗位，才好公开招聘。另外，很多时候高考是一个很重要的指挥棒，如果不能进入高考的考试范围，学科影响也会大打折扣。
后来我就想，不是有一句话叫“掺沙子”吗？我就想到通过北大这个品牌向中学推广天文，宣传天文。每年我们的暑期课堂不仅面向学生开课，也组织中学的物理老师来学习。从2015 年开始，已经做了三年了。
面向全国最好的中学，邀请他们的高中物理老师到北大来，给他们做天文教育。做这个项目前，我做过评估，觉得这个事情能做得成。因为很多中学还是愿意跟北大合作的，由北大层面去邀请的话，会有吸引力，对学校和老师来说也是一种荣誉，后来果然做起来还是蛮顺利的。
我的计划是通过10 至15 年左右，把各个省份最好的中学的物理老师邀请过来，到北大来学天文。给他们撒下种子，让他们学了回去可以开一个选修课，或组建一个天文社团，把他们的学生组织起来学习天文，让更多学生了解天文，对天文感兴趣，同时可以对这些中学所在的省内其他学校产生示范效应。
招生只是做系主任之后工作的一部分，其他工作也很多，再加上我在物理学院兼了些职，还是北大农工民主党的主委，因此常常很忙碌，一件事赶着一件事。其实我不是很喜欢这个状态。因为要想做好科研，或者把事情做到一定层次，就需要独处，不受外界的打扰，让思想沉淀下去。
我喜欢的生活方式就是每天得有一定的时间，时间可以或多或少，但要有杯咖啡，有一个安静的环境，静静地思考一些问题。我觉得，到了某个阶段，做事情的高度是由人的思想意识决定的，因此有自己独立思考的时间是很重要的。不管是做科研还是别的，思想决定你的意识，意识最后才决定你的行为。有些东西虽然看起来是下意识的，其实不是，它是长期培养、锻炼和训练的一个结果，和成长的环境、文化，还有从小受的教育等等是有关系的。随着年龄的增长，这方面对人的影响会越来越大。
”东西方文化其实蛮不同的，各有优势、各有特点。当一个事情做多了以后就会有沉淀，沉淀下来以后就变成文化的一部分。近代科学在西方已经有好几百年的历史了，中国的近代科学历史比较短，因此我个人觉得西方的沉淀会比较多一些。科研过程中，西方人遇到一个问题自然觉得应该如何思考，即便或许他根本不知道为什么自己要这样思考，可能他父母是这样的，他周围的人是这样的，从小就这样潜移默化的，这就是文化。
我们是有意识地去思考应该如何做，是“必然王国”，他们是下意识的“自由王国”。在研究过程中，他们可能会下意识地往某一方面思考，觉得那样是很正常的一个事情，但我们可能得琢磨琢磨是否应该往这方面思考。中国几千年的文化一直没中断，源远流长，习总书记说文化自信，我是完全赞同的。你要是对自己的文化没有自信的话你就麻烦了，因为它随时都影响你。我觉得这个文化自信是非常重要的一件事情，就是至少让你有信心，否则你就会彻底否定自己，这是很麻烦的。
我读大学时是20 世纪80 年代。当时，我们国内科研基础特别薄弱，很多东西都属于起步阶段，很多人都没有做科研的想法。当周围的人没有做到一定的高度时，比方说世界科学最顶级的高度，自己就不是特别清楚该怎样做，或者没有信心来实现达到最高峰的目标。那么，一个人该怎么在中国文化的基础上来给自己建立信心呢？
那个时候，我很想知道那些顶级的人到底怎么思考的，我就去找《史记》《汉书》《三国志》来看，想从那些人身上汲取营养。但是看了这些书以后我觉得还是不能解决这个问题，我就系统地看了很多人物传记、军事书等等，比如《孙子兵法》《练兵纪要》《纪效新书》，甚至以前的《武经七书》。
后来我去了国外，那些老师都是世界顶级的科学家，我总是揣摩他们是怎么思考的，因为我觉得这个东西要比学课本那些东西更重要。我有时候也去问问他们到底怎么想的，因此从不写日记的我在国外的时候会记笔记或写日记。比如两个顶级的科学家在讨论问题，我不是记他们讨论什么东西，而是去揣摩他们的思路，看他们是怎么思考问题的，记下之后，有时也会写上自己的一些想法。
我对我们的文化很有自信，但也得承认自然科学这块西方的沉淀比我们多，不是他们比我们聪明，而是他们整个社会觉得很多东西是自然而然的。我去德国、意大利等国家的博物馆，里面有很多科学家、艺术家个人的宣传。
大师可能需要几十年熏陶才能沉淀出一个来，经过几百年沉淀后，西方国家就会有很多大师了。为什么我们在努力普及天文学知识？就因为比起西方国家，我们还任重道远。
本文摘自《我在北大当教授》，东方出版中心，2018年5月版
来源： 西北工业大学学生会公众号
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