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中国新闻周刊 | 押注引力波,山西能实现换道超车吗?

编辑:刘微    责编:木杉    时间:2021-04-28

希望比肩“中国天眼”

近期,在山西政界、学界甚至是商界都在热议一个科学概念——引力波。

据当地媒体报道,山西正在以山西大学为牵头单位,积极推进引力波探测大型地基观测装置项目。山西有关方面希望,借助这一大科学装置的落地,像“中国天眼”落户贵州那样实现全省发展的换道超车。

作为资源大省,山西近些年受经济转型的压力发展相对缓慢。2020年在全国各省GDP排名中,仅列第21位,甚至不及西部省份贵州。

在十四五规划中,山西提出“十四五结束时达到或接近全国平均水平”的经济发展总目标。由于全国平均水平在逐年提高,这要求山西在接下来五年需要保持一个较快的发展速度。

有消息说,贵州、安徽发展大数据产业、面板产业,换道超车的成功案例,引起了山西的浓厚兴趣。

在今年全国两会上,山西代表团提交全团建议、住晋全国政协委员提交联名提案建议,希望中央支持山西建设基于量子光源的引力波探测大型地基观测装置。

建议中说,引力波探测大型地基观测装置对于山西“在转型发展上率先蹚出一条新路”具有深远意义。据悉,这一项目已经被列入山西省“十四五”规划重点建设项目。

“超级耳朵”

引力波探测装置主要用于侦测引力波的存在,也被称为人类探索宇宙的“超级耳朵”。因为物体间的引力非常微弱,实验装置必须做得极为精确,否则设备的误差就会把引力信号掩盖掉。

中国紫金山天文台副研究员金志平表示,引力波提供了一种与以往不同的天文观测手段,会推动天文学进入一个新时代。

但全球对于引力波的探测尚处于初期阶段,自爱因斯坦相对论预言引力波存在后,直到2015年人类才第一次探测到引力波信号。2017年,美国再次探测到来自双中子星合并的引力波,多名科学家因此获得诺贝尔科学奖。但中国在引力波探测领域,因高精尖地基设备不足,无法开展更深层次的自主研究。

这次山西提出在地面上(区别于太空)建设地基引力波探测器,主要的优势有两方面。

首先,山西在量子科技和激光科技方面具备一定的基础和潜力。在量子科技领域,山西有近40年的研究积累。量子光学与光量子器件国家重点实验室就在山西大学,国家科技部2002年验收了该实验室79项科研项目。

其次,在地理上,山西是存在优势的。众所周知,丰富的煤炭资源是山西省的独特优势,一直以来,山西大量开采煤炭,形成了一些废弃矿井。这对探测引力波,极具优势。

山西大学副校长张天才向中国新闻周刊介绍,引力波的信号极其微弱,对探测精度的要求非常高,所以在建设地面探测装置时,对环境有着严格要求。

废弃矿井反而成为了有利资源。废矿可以减少建造成本,并且环境安静,可以减小引力波探测器受到的干扰,便于接收信号。中国科学院国家授时中心主任张首刚对中国新闻周刊表示,在地下二三百米处,山西有很多废弃的“巷道”,在控制温度、电磁、震动、噪音等方面,非常利于探测引力波。

此外,山西海拔高、纬度低,气候条件优越,也是中国较为合适开展引力波观测的地点之一。再加上群山环绕,便于安防保护,在地理上山西也具备一定的优势。

为了推进这一大科学装置落地山西,今年2月25日,由山西大学牵头的引力波探测大型地基观测装置、量子技术与工程研究中心建设方案论证会在太原举行,包括10余名院士在内的数十名专家学者齐聚一堂。

与会专家一致认为,引力波探测是国际重大科学和技术前沿问题,地基引力波探测装置在中国尚属空白,建设这一装置不仅具有重大的科学意义,而且对带动相关领域工程技术的发展具有现实意义。

与会专家同时指出,山西废旧地下矿井资源丰富,山西大学国家重点实验室在高质量激光器、量子光源等方面科研积淀深厚,具备建设有关科学装置和研究中心的科研优势和资源优势。

有学者还提出,有望落户山西的引力波探测装置,完全可以和在贵州建成的“中国天眼”比肩。

但是对于山西来说,这条新路是否能如贵阳一般,蹚出一条依靠科技的经济发展之道?

带动高校发展?

引力波探测是现代科学技术的前沿研究领域,观测装置的建设虽然投入巨大,但却无法以营利为目的。

据了解,引力波探测大型地基观测装置主要用于证明爱因斯坦关于引力波理论的正确性,从而带动相关理论和技术发展,属于面向国家重大需求、而非以经济效益为主的基础理论研究。

张天才表示,引力波探测大型地基观测装置主要用于天文观测和研究,建设该装置属于面向国际前沿的基础科学研究,会从侧面推动相关学科和技术的发展,“包括光学工程、真空技术、机械装备、精密测量、控制技术以及量子技术等”。

张首刚同样认为,建设该装置的侧面带动作用不可忽视。他表示,建设该装置将会衍生出很多产品和产业,从而对山西的经济产生推动作用。

但是,以目前山西的科研基础来看,建设引力波探测大型地基观测装置,仍需要大量的高端人才,其自身高等教育的发展速度有待提升。

山西目前有138所普通高校,本科院校33所,高职院校50所,成人高等学校10所,民办其他高等教育机构45所。

其中,太原理工大学、山西大学、山西师范大学、山西农业大学、山西医科大学、山西财经大学、中北大学、太原科技大学这八所高校较为知名,也被称为山西高校的“老八所”。

近日,在临汾办学数十年的山西师范大学,官宣将搬迁至太原。至此,山西省综合实力较强的“老八校”全部落户太原。

山西将强校汇集于一点,努力摆脱“省会城市无一流大学”的尴尬,但依旧难以摘掉“高教弱省”的帽子。

“但是,这么大的一个装置,并非某一个省或者某一个院校可以单独完成的。它需要全国力量的加盟,包括人才力量、技术力量、科研力量等等。”张首刚表示,引力波探测大型地基观测装置会由山西大学牵头,聚集全国科研力量,将山西的科研基础和其他团队的优势进行融合,才能形成一定的力量。

引力波探测大型地基观测装置,被认为对山西的高等教育发展也会产生推动作用。

一直以来,山西的高等教育发展规模相对比较落后,不但低于京、沪、津、苏、粤,而且低于位于西部地区的陕西和位于东北地区的黑吉辽三省。

所以,引力波探测大型地基观测装置的建设被山西寄予厚望,希望能为山西高等教育带来质的飞跃。

“该装置的建设将为山西聚集更多的人才,不仅是工程技术人员,还有管理人员。这对山西高等教育的推动作用,不可忽视。”张首刚说。

据张天才介绍,目前,山西已围绕该引力波探测装置组建了一批人才队伍,并正在积极与国内外相关单位联系,采取措施引育人才和团队,寻求广泛的交流合作。

此外,山西大学今年将在硕、博研究生招生中,考虑引力波探测设计的方向,有针对性地加强专业人才的培养。

在解决人才问题后,山西在争取国家战略政策时,也将面临一场激烈的竞争。

据了解,《科技部关于发布国家重点研发计划“引力波探测”等重点专项2021年度项目申报指南的通知》发布后,深圳、上海、北京等多个科研机构及高校纷纷在引力波探测领域发力。

3月15日,上海市科学技术委员会发布通知,将号召有关单位,申报重点专项2021年度指南项目,其中就包含了引力波探测项目。无独有偶,深圳、北京等地也在积极组织相关单位申报引力波探测项目。

在科研以及经济力量方面,北京、上海、深圳均要强于山西,面对这些竞争对手,山西胜算几何?

张天才向中国新闻周刊表示,中国推动引力波探测技术发展极具意义,站在国家层面来说,对整体发展会有总体布局。但是,目前国内针对引力波的直接探测,都是对太空的空间引力波探测,地面上的地基引力波探测仍是空白。

据了解,地基引力波探测可以在频段上与空间引力波探测形成互补,有助于中国未来打造多波段引力波探测体系,深度参与国际地面引力波探测,提升探测能力。

据介绍,山西提出的基于地下废弃矿井的激光干涉引力波探测系统,臂长可达10公里,而目前国际上地基探测装置臂长最长只有4公里,山西有很大的优势。

换道后的山西能否实现超车?

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