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世界动荡,大型科学合作项目遭遇巨大挑战

“科学无国界”的美好理想是否正渐行渐远?| 图源:istockphoto.com,metamorworks

 

导  读

最近欧洲的能源危机不仅给大众的生活造成影响,一些大型的科研项目也面临巨大挑战,如发现 “上帝粒子” 的欧洲核子中心已经提前关停,荷兰射电天文学研究所也因电费高涨打算削减天文台运行时间。此前受 “俄乌” 战争的影响,一些俄欧参与的大型合作项目,如SRG、欧几里得望远镜,甚至直接关停,前途未卜 …… “科学无国界” 的美好理想是否正渐行渐远?

撰文 | 吴寅昊(英国莱斯特大学)

责编 | 邸利会

进入21世纪,团队合作在科学研究中扮演的角色愈发重要,个人英雄式的重大创举(如爱因斯坦创立广义相对论,抑或林登贝尔提出类星体是吸积中的黑洞)已经越来越少。

在我所在的天文,以及空间科学、高能物理等领域,发表的论文中往往有一长串的作者名单和机构列表,可以说是全球科学合作的生动例证。

比如,拍摄黑洞照片的事件视界望远镜(EHT)团队,论文作者由超过两百名来自世界各地的学者组成,发布会也在全球各地同步展开。此外,EHT的重要组成阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA),也是在欧洲、美国、加拿大和东亚等各方的出钱出力下,最终在智利建成。

再比如,当2012年欧洲核子中心(CERN)宣布发现 “上帝粒子”——希格斯粒子时,全球有5000 多名研究人员为CMS和ATLAS实验做出了贡献,最终发表的两篇文章作者总数竟然达到了约6000人。

然而,在目前的情势下,“科学无国界” 某种程度渐成了一种奢望,尤其是一些大型的科学合作项目面临极大的挑战。这些项目一般来说,投资大,周期长,有多国参与,有些甚至已经开展了好多年。这些出于纯粹的科学目标而设立的项目,如果因为政治、战争冲突等因素而中途停掉,令人扼腕。

 

悲催的俄罗斯科学家

图1 3月,《科学》杂志刊登了5位学者的信件,提示不应排斥俄罗斯科学家 | 图源:science.org

在包括空间科学大型项目在内的 “大科学” 项目中,俄罗斯科学家扮演着重要的角色。但不幸的是,他们的处境现在正变得艰难。

早在今年3月,欧洲核子中心已经暂停了与俄罗斯科研机构开展新的合作。[1]欧洲核子中心有23个成员国,7个联系成员国(乌克兰是其中一员),俄罗斯还不是其正式成员,尽管如此,俄罗斯科学家占到了欧洲核子中心人员数的8%,约一千人。

德国研究基金会(German Research Foundation)也暂停了与俄罗斯的所有研究项目,而它在过去三年中资助了300多个德俄合作研究项目,总金额超过1.1亿欧元。

美国麻省理工学院也结束了与莫斯科斯科尔科沃科学技术学院(Skoltech)的合作关系,尽管强调他们为过去十年合作所产生的研究感到自豪。

此后,针对科学社群、出版机构对俄罗斯科学家和机构可能采取的措施,以及对俄罗斯科学家的孤立和妖魔化,一些科学家表达了反对的意见。5位来自英、美、加的声名卓著的科学家在《科学》上发信说——

“切断与俄罗斯科学家的所有互动,将给多种西方、全球的利益和价值带来严重挫折。这些利益和价值包括在与科技有关的全球挑战上取得快速进步,保持跨越国界的非意识形态交流渠道,以及反对意识形态的刻板印象和不分青红皂白的迫害”。[2]

不过,鉴于目前的情势,这样的抗议似乎起到的效果比较有限。对俄罗斯科学家的排斥正在对一些科学合作项目产生损害,比较突出的一个案例是Spektr-RG卫星,其跌宕起伏的经历令人唏嘘。

 

前功尽弃?

图2 根据冻结与俄罗斯合作的建议,eROSITA 在 2 月 26 日地面进入安全模式,该仪器的科学操作目前已暂停 | 图源:mpe.mpg.de/


Spektr-RG(也称Spectrum-X-Gamma,SRG, SXG)是通过发射一颗X射线观测卫星绕地球大气层飞行来进行天文学研究的项目。从上世纪八十年代开始,高能天体物理界的巨擘、俄罗斯科学家拉希德·苏尼亚耶夫(Rashid Alievich Sunyaev)就一直在尝试推行它。在冷战时代,这显然不是一件容易的事。

苏尼亚耶夫利用自身的影响,经过不懈努力,最终协调了来自12个国家的20个机构联合起来设计了一个带有5台望远镜的大型天文台。然而,好景不长,不久苏联解体,该任务被放弃。

苏尼亚耶夫并没有气馁。2003年,在他的再三推动下,Spektr-RG以缩水版设计重生,并最终在2019年,几经波折之后成为德国和俄罗斯合作的 “光谱-伦琴-伽马”(SPG)计划中的重要一环。

而Spektr-RG的主体,eROSITA X射线空间天文台在2019年7月13日发射升空,它原本将在之后的七年内完成全天域的X射线波段的巡天任务。在故事的原本走向中,eROSITA预计将探测到10万个星系团、超过300万个活动星系核和银河系中的70万颗恒星。它也将通过星系团追踪的宇宙结构和历史来测量暗能量。

截止到2022年2月26日,eROSITA已经完成了4次巡天观测,产出了海量数据和科研成果,大量论文发表在 Nature 等期刊上。其中最著名的当属2020年6月11日第一次巡天结束时,eROSITA在银河系发现了 “eROSITA气泡”。这是继2010年发现的著名的 “费米气泡” 之后发现的第二个气泡,从形状上来看,“eROSITA气泡” 更是将 “费米气泡” 团团包裹,挑战着天文学家们现有的理论。

本来,eROSITA接着会完成另外4次巡天,如此,银河系中多了一位善于作画的画师,天文家们多了一个可靠的伙伴,德国和俄罗斯自二战以后的关系更进一步。看起来是如此多赢的局面,没有输家。

然而,美好总是那么的短暂。

2022年2月26日,在德国联邦教育和研究部宣布 “立即停止与俄罗斯之间所有现有的、长期存在的科研合作” 后,德国航天局也表示,将暂停与俄罗斯的所有合作关系。eROSITA作为代表性项目,自然不能幸免。

从那天开始,eROSITA进入了 “安全模式”,开始休眠,暂停一切观测并停止传输数据。

时间进入到了2022年6月,俄罗斯航天局据说打算绕开德国一侧,强行重启eROSITA,但此举遭到了诸多天文学家的反对——他们担心这样做会导致与地球相距近一百万英里的eROSITA会因不当操作而损毁。

作为eROSITA的科学主管,苏尼亚耶夫本人说:“我们都梦想着看到它重新活跃起来。但这是一个极其复杂的设备,如果我们决定无视与合作伙伴达成的协议,自己打开它,只会毁掉它。”

俄罗斯科学院空间研究所科学主任列夫·泽莱尼(Lev Zeleny)更是说:“我们研究所的所有科学家都强烈反对这一提议”。泽莱尼还表达对“政治和技术原因”的担忧,他表示,目前尚不清楚俄罗斯航天局是否会真正弄清楚如何操作eROSITA,或者外部期刊是否会继续发表任何可能来自这一举措的科学结果;单独打开很可能的一个影响是,得到数据的俄罗斯有关科学家没办法公布它们,最终这些研究数据不会被发表,没有一家主流论文期刊会接受它们。

 

更多的影响

除了eROSITA之外,俄罗斯和欧美的其他科学合作项目也受到了波及。比如备受瞩目的欧几里得望远镜(Euclid)。它是由欧洲航天局(ESA)和欧几里得联盟开发的可见光到近红外的空间望远镜。

欧几里得望远镜于2011年正式立项,合作方涵盖了美国、俄罗斯以及欧盟,任务目标是通过精确测量宇宙的加速度来更好地理解暗能量和暗物质,原计划于2022年下半年或2023年通过俄罗斯的联盟2号运载火箭发射升空。

因为同样的原因,欧洲终止与俄罗斯的一切空间项目,俄罗斯撤走库鲁航天港的工作人员,合作被迫中断。目前,ESA正在为欧几里得寻找新的 “司机”,有传言说欧几里得有可能会在2023年下半年搭乘SpaceX的猎鹰9号前往太空。

图3 2022年9月30日,CERN在公告中宣布,应供电公司减轻电网负担的请求,CERN将提前2周关停对撞机和加速器等设备 | 图源:CERN


国际局势动荡对科学合作的影响不仅仅是直接的,一些看起来于当事方无关的科学项目也被波及。

由于欧洲的能源比较依赖俄罗斯,自俄乌战争以来,欧洲的天然气供应紧张,导致一些欧洲地区和机构出现了供电和供暖危机,这其中就包括我们提到的大型强子对撞机所在的欧洲核子研究中心。

由于超级计算机、粒子和激光同步加速器等大型科学设施所带来的高能耗,2022年9月30日,CERN在公告中宣布,应供电公司减轻电网负担的请求,CERN将提前2周关停对撞机和加速器等设备,在2023年2月后恢复,并缩短2023年原计划运行时间的20%。

其实,坐落于法国和瑞士边境的CERN已经提前向法国有关公司、部门购买了足够未来数年的电力,所以相比于提前省下的电费,CERN认为自己此举更多的是为了承担社会责任。

相比之下,荷兰射电天文研究所(ASTRON)就没有那么幸运了。

尽管ASTRON的大型计算机集群的能耗只是CERN的数百分之一,但ASTRON显然没有那么财大气粗。最近,当ASTRON的工作人员准备下一年度的能源采购合同时才猛然发现,飙升到上一年度3倍价格的电费,已经让他们的财政捉襟见肘。目前,ASTRON正在想办法游说荷兰政府提供一笔紧急补贴,否则就要和CERN一样削减科学设施的运营时间了。

无论是被直接影响粗暴中断的eROSITA、欧几里得,还是间接波及到的无辜的CERN和ASTRON,都是暴风骤雨洗刷下的一角。目前尚无法统计有多少科学家、工程师、等着发论文毕业和找工作的博士生,甚至后勤人员在这些事件中受到的影响——

他们常常身不由己,被裹挟在飓风里,渺小而无力,如法国诗人保罗·瓦勒里在其长诗《海滨墓园》中所写——“起风了,唯有努力生存。” 当然,他们的损失绝不仅仅限于他们自身,某种意义上是全人类科学事业的共同损失。

 

希  望

不过,也不全是坏的消息。

比如,由35个国家(包括中国、美国、俄罗斯、印度、韩国、日本以及欧洲国家)参与,投资几十亿美金,位于法国乡下的国际热核实验堆(ITER)的建设还在继续当中,没有受到影响。

ITER曾表示,其85%的部件是在成员国境内制造的,由此各个国家可以发展其国内的核聚变能力和产业。等这些部件制造完成后,送到法国的现场,需要的时候再添加组装到整体的装置中。也许哪天,核聚变电站的成功可以大大缓解能源上的危机,减少冲突与动荡。

而继ITER之后,中国参与的另一项国际大科学工程——平方公里阵列射电望远镜(SKA)也在如火如荼的展开。

SKA旨在利用其超高灵敏度、超大视场、超快巡天速度和超高分辨率,带领人类拓展宇宙更深处,在宇宙起源、生命起源、宇宙磁场起源、引力本质、地外文明等自然科学重大前沿问题上有望取得革命性突破。该计划始于1993年,国际无线电科联在日本京都举行的大会上,10个国家的天文学家联合提议建造这个巨型射电望远镜阵列。

2019年3月12日,中国作为七个创始成员国之一(其余六国为澳大利亚、意大利、荷兰、葡萄牙、南非、英国),由科技部代表与其它六国的政府代表在意大利罗马正式签署了SKA天文台公约,将负责这个超级望远镜的部分天线以及区域数据中心的建设工作。这个公约的签署,标志着SKA向政府间国际组织(IGO)开始过渡。

尽管转变为IGO后,SKA的一些运作需要报请各国议会(或我国人大)批准后才可以生效,但从长远来看,IGO可以确保SKA不会受到政府更迭等因素的影响,并且将使SKA在国际合作时享受免税等待遇。可以说,IGO将确保SKA未来五十年的安全稳定运行。值得一提的是,全国人大已于2021年正式批准《成立平方公里阵列天文台公约》。

从长远来看,科学合作应该建立起针对类似情况的应对和保护措施(如向IGO转变),战争和政治似乎不应该是悬在科学合作上的达摩克利斯之剑。现在看,这一理想的普遍实现还需相当长的时间。

如今,在气候变化、能源危机、传染病防控、核危机等全球性重大议题上,要达成一致的行动目标相对更复杂和困难。大型国际科学合作的目的都是为了探索自然、宇宙的奥秘,本是人类命运共同体的绝佳体现,其获得的知识将无私地惠及全人类,不管你是在哪个国家,持何种立场。我们人类会不会如刘慈欣《三体II:黑暗森林》中所说,即使面对决定人类命运的共同危机时(小说中是毁灭性的三体危机),“人类大同仍是一个遥远的梦想” ?目前尚难以判断。 

 

参考文献:

1.https://home.cern/news/news/cern/cern-council-takes-further-measures-response-invasion-ukraine

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq1025

 



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