我探访了中国最神秘的高科技之地

*本文为「三联生活周刊」原创内容

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「大科学时代」

主笔 | 苗千

飞机刚起飞时四周还是一片漆黑，在飞行了大约半小时后，太阳从遥远的地平线上升起，大地开始显露出它赤裸的轮廓。在阳光的渲染中，地面呈现出一片赤红色。地表不见树木，也几乎不见河流和湖泊，只见由山川和低谷形成的条条沟壑。高度几乎与飞机平齐的朝霞也被渲染成一片赤红，与地面几乎结为一体。在朝阳中，这种弥漫天际的赤红犹如在星球表面正在上演一场规模巨大的红色沙尘暴。我忽然想起——这正是我曾经多次幻想过的火星景象。

飞机在高原着陆。刚走出机舱，我穿的羽绒服就已经被寒冷浸透。来接我们的齐磊是观测站的两名常驻员工之一。生长在河北的齐磊脸被晒得黝黑，他拒绝了我们想要马上去海拔5250米观测站的要求，让我们先在海拔4300米的狮泉河镇适应一天——毕竟我们两天以前还在平原地区，刚刚只在海拔3600米的拉萨度过了一晚，贸然上山会有巨大的健康风险。

在高原上度过的第一夜实在煎熬。和我之前的想象不同，这一夜我没有在清冷的夜里抬头仰望星空，而是在宾馆供暖充足的房间里鼻子插着吸氧管翻来覆去度过的。伴随着持续性的头疼，我在半睡半醒和忽然惊醒的循环之中一直熬到天亮，却要一直等到中午天气转好才有机会再乘车约1小时，爬高900多米，到达观测站。

阿里原初引力波观测站

位于海拔5250米的观测站看上去规模不大，里边则被分成了几个房间：长桌上凌乱地摆满各种速食食品的会议室、计算机机房、进行芯片处理的洁净间等，以及另一个房间里，在一套制冷设备的围绕中，一个被悬置起来指向天空的望远镜是这个观测站的核心仪器。望远镜下方有数千个探测器正在0.3开尔文（零下272.85摄氏度）的温度下进行探测。

午饭是在站上吃的。会议室里摆着各种方便食品，站长王国峰让我们自己选。我泡了一包酸辣粉，摄影师黄宇泡了一包方便面，齐磊用微波炉加热他从河南带来的肘子。过了一阵，几人聚在一起开始吃饭。酸辣粉却嚼不动，需要反复咀嚼才能咽下。“在这里，水的沸点只有80摄氏度出头。”王国峰介绍，“方便面不太泡得熟。”吃过午饭，王国峰和齐磊等人讨论下午的工作安排。我却感觉精力更加不济，只想睡觉，看了看身边的黄宇，他也是一副打瞌睡的模样，嘴唇发紫。

阿里原初引力波观测站的工作人员以方便面为午餐，但在这里水的沸点只有80摄氏度出头，方便面不容易泡熟（黄宇 摄）

正在开会的几个人察觉到我们的异样，拿起桌上的血氧仪让我们测量血氧含量。我将仪器夹在手指上，一会仪器给出的数字是45%；黄宇的数字则只有41%。王国峰先是愣了一下，然后笑着说活人怎么可能是这个数字？肯定是测得不准！让我们把手掌捂热，手指湿润一些再测。我再测的结果是70%，数字就再也上不去了。黄宇的数字也和我差不多。站长意识到这个数字有些危险，便让我和黄宇赶紧戴上鼻吸管，接上氧气筒专心吸氧。其实我看其他几人的嘴唇也都发紫，但他们说话做事却没显出什么异常。

我专心吸氧大约半个小时，感觉整个人又有了精神，拿过血氧仪再测，数字已经在90%以上，就在整个观测站内外观察起来。原初引力波观测站选址在此，并不只在于其位于高海拔处空气稀薄，更重要的原因是此处空气极为干燥，所探测到的宇宙微波背景辐射信号中可能携带着原初引力波痕迹的部分不会被水蒸气所吸收。为了能够在这样的位置进行原初引力波探测，付出的代价不可谓不大——光是将一个山头铲平，建设一个规模不大的探测站就花费了数年时间，之后要在这样的地理极限位置进行长时间观测，也在挑战工作人员的生理极限以及探测系统的可靠性。

严寒时节，此时观测站的室外温度在零下10摄氏度以下。绕着观测站环视四周，世界屋脊上的山体绵延不绝，仿佛整个世界皆是如此。在蓝色天空的笼罩之下，有些裸露的山石呈黄白色，有些山石上覆盖着稀疏的草层，呈现出黯淡的黄绿色。在这样的景致之中，我所处的观测站显得有些格格不入——这个星球上的一些智慧生物选择了这样一处极限位置修建房屋，目的却是要理解整个宇宙的开端。

位于海拔5250米的阿里原初引力波观测站（黄宇 摄）

进行宇宙观测的望远镜指向天空，其连接着大量探测器的底部则留在室内。一套循环制冷设备的管道遍布观测站，其核心目标就是将探测器的工作温度一直维持在0.3开尔文，这需要从外层液氮到内部液氦，一直到核心部分的真空区域三级制冷工序才能完成。即便如此，探测器也可能因为持续工作而升温。在这种情况下，只能再花时间将其逐渐冷却到理想温度，然后再次开启工作。这样的一次工作—降温循环往往需要24小时。因此探测器往往会在白天降温，夜晚开始工作。

数段线缆将探测器和机房的计算机连接起来。探测产生的海量数据在经过基本处理之后，会经过特殊的网络线路传到北京高能物理研究所。理论上，研究者可以在北京进行数据分析研究，无需亲自前往高原工作。实际中，这个北半球唯一的原初引力波观测站平时至少要有两个工作人员值守，也不断有科学家从世界各地来此工作。探测站的方方面面都需要不断维护和改进。目前，望远镜中的数千个探测器都来自美国。按照计划，更多的国产探测器从2027年起将装备在探测设备上，逐渐实现国产替代。

阿里原初引力波观测站的工作人员黄梦垚（左）以及站长王国峰（右）在检查设备（黄宇 摄）

晚上8点，我们从狮泉河镇开车重回观测站。此时天已经黑透，在车灯的照耀下，不时有黑影从路上一闪而过。“那是高原兔”，齐磊说。夜空中被群星围绕的观测站显示出其静谧的一面。在白日里那个忙碌且有些凌乱的观测站，此刻只呈现出剪影——横平竖直的线条来自观测站的房屋；半圆的线条来自一旁的挡风墙；一个巨大的镜头从横平的线条中凸显出来，那是指向天空的原初引力波望远镜——它所收集的，并非跨越数百万光年到达地球的星光，而是在宇宙诞生38万年后形成的宇宙微波背景辐射中的特殊结构。这些已经在宇宙中绵延了数十亿年的辐射中可能隐藏着宇宙最深的秘密：到底是否存在原初引力波？宇宙在诞生之初是否发生过暴涨（inflation）？我们的宇宙为何如此平直？

这是我为“中国大科学”所走访的项目：阿里原初引力波观测站——这是北半球唯一的高海拔原初引力波观测站。在世界屋脊上经过了近十年时间的建设，人们试图在这里极其干燥的环境中，探测在宇宙空间中弥漫的微波背景辐射光子中的一种可能存在的特性。而究竟能否探测到这种缥缈的特性，将在很大程度上决定我们如何理解宇宙的起源。

阿里并非我唯一的目标。在之后的时间里，我有时会深入地下：为了探测宇宙中最为缥缈的基本粒子——中微子，中国科学家在地下700米的空间里建造了一个世界上最大的液体球；有时我只是作为一个游客安静地观察：站在贵州平塘县有一层薄冰的平台上，注视着这个被称为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，FAST），感受这个正在倾听宇宙信息的沉默巨物；有时我会请科学家自己讲述：通过对方的叙述和各种图像信息，我可以想象在四川的深山之中，科学家们正在2400米的岩石下创造出一处最为理想的实验环境。

“中国天眼”位于贵州平塘县的天然喀斯特地貌中，是目前世界上最大、最灵敏的单口径射电望远镜（视觉中国 供图）

还有一枚火箭，正准备装载一大九小总共10颗卫星，计划在2028年发射升空。这些卫星将会前往月球，在月球轨道进行宇宙探测……

是的，以上这些都是在21世纪正在进行，或是即将开展的“中国大科学”项目。这些项目的目标各有不同，却有一些共同的特点：投资大、时间跨度大、规模大、科学目标大……为了这些大目标，科学家们不惜“上穷碧落下黄泉”。

通过这组报道，我们希望能够读者展现这样一幅画面：如果说19世纪的物理学大多是在实验室的桌面上完成，那么21世纪的物理学往往发生在地下700米的岩层之下、2400米深的山体之中、数百米口径的反射面之上，海拔5000米的高原观测站里，乃至在月球轨道上。它们共同的特征，不是巨大的投资或精巧的设计，而是与自然界无所不在的噪声进行的一场长期的对抗。这种对抗不是一次决出胜负，而是需要持续的压制。它依赖于屏蔽、降温、隔离、校准、统计方法与数据处理算法。每一项技术，都在试图把信号与噪声的比值提高几个百分点。

地下 700 米深的江门中微子实验一角（黄宇 摄）

有人会觉得，这类大科学项目并不算新鲜。早在20世纪的第二次世界大战期间，美国就倾全国之力开展“曼哈顿计划”，率先制造出原子弹；而后到了冷战时期，美苏两国的“太空竞赛”其实也是两国政府主导的标志性的大科学项目。

实际上，进入21世纪之后，不仅国际格局发生了深刻变化，科学研究本身也经历了结构性的转型。在既有理论框架下，许多基础问题变得愈发精细而抽象。那些尚未解开的谜题，往往已无法依赖某位科学天才的灵光一现来破解，而必须在极端条件下，依托庞大的实验装置，由跨国团队协作完成，让复杂系统长期稳定地运行，并让测量结果可以被重复、被校准、被信任。

21世纪的科学研究不再只是个别天才在书桌前的沉思，而是整个人类文明在物理学边界上的集体远征。经过了亲身探访，再将这些片段拼在一起，我更能理解“大科学项目”和“极限工程”的含义：这些项目不仅是设备尺寸和项目工程巨大，更是达到了科学团体长期组织能力的极限，要有数十年稳定的财政和人力资源支持；工程团队要保证一套复杂系统能够稳定地运行数十年时间；科学家要在海量数据中确认那些几乎不可见的结构……在地下、山体中、厂房里、高原上，中国的大科学装置正在以不同方式延伸人类感官的边界。而科学家们最终所期待的，并不是一个奇迹般的发现，而是一个更朴素的目标：在宇宙无所不在的噪声之中，找到真实。

四川省甘孜州稻城县海子山高海拔宇宙线观测站（LHAASO）（视觉中国 供图）

我们还可以看到，这些大科学项目的结果大多难以预料：站在人类知识的最前沿，科学家们往往无法在探索之初就断言可以取得怎样的结果，而且这些大项目往往也不会为社会带来直接的经济回报。最特殊的一点是：尽管这些“中国大科学”项目是由中国科学家所主导，但其取得的科学数据却不是只为中国所独有的秘密，而是全人类共有的知识财富。

对于相当多的科学问题，唯有通过大型科学工程进行长期测量，并借助严密的统计分析，才能最大限度压低噪声的干扰，从纷繁复杂的数据中提取可靠的信号。因此，在现代科学研究中，人们所期待的，不再是戏剧性的“顿悟”，而是经统计学反复验证的可信结果。正如粒子物理学中所遵循的“5σ”标准——只有当统计显著性达到5个标准差时，发现才会被正式宣布。（“σ”表示标准差；5σ意味着误报概率约为三百万分之一。）5σ不仅是一项技术指标，它更像是一道象征性的门槛：只有当数据跨越这道门槛，发现才被承认。灵感仍然重要，但最终裁决权交给了数据与概率。

江门中微子实验的工作人员监测试验数据（黄宇 摄）

与20世纪以对抗为底色的大科学工程不同，21世纪的大科学项目更多由国家力量主导，却以国际合作为基本形态。它们不再以武器研发为目标，也不直接服务于霸权竞争，而是致力于拓展人类对宇宙、对物质与能量本质的理解。

江门中微子实验团队有40%的科学家是来自其他国家（中国科学院高能物理研究所 供图）

长期以来，建设大科学项目似乎只是少数发达国家才能承担的事业。这不仅因为其对工程能力的极高要求，更因为它需要深厚的科研积累、持续数十年的稳定投入，以及能够组织数百人乃至上千人的复杂项目管理体系。

这一次，中国没有缺席。