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　　宇宙究竟是如何形成的？為了了解清楚137億年來(lái)整個(gè)宇宙發(fā)展的歷史，尤其是在中微子和暗物質(zhì)同時(shí)存在的情況下，整個(gè)宇宙中的結(jié)構(gòu)是如何形成的這種“天演論”式的問(wèn)題，北京師范大學(xué)天文系張同杰教授的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在全球最先進(jìn)的超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河二號(hào)”上成功模擬了整個(gè)宇宙的演化歷程。

　　這一利用超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行科學(xué)研究的事件，受到中央電視臺(tái)等媒體的報(bào)道，引起強(qiáng)烈反響。

　　張同杰1968年生于德州夏津，現(xiàn)任北京師范大學(xué)天文系教授、博士生導(dǎo)師。1999年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)，獲天體物理學(xué)博士學(xué)位，研究方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)的理論和觀測(cè)效應(yīng)以及高精度計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬。2006年起率團(tuán)隊(duì)利用哈勃參量數(shù)據(jù)對(duì)宇宙學(xué)模型進(jìn)行限制，為國(guó)際首創(chuàng)。

　　德州日?qǐng)?bào)曾經(jīng)對(duì)這位杰出的德州老鄉(xiāng)進(jìn)行專訪。張同杰說(shuō)，他很感激母校德州學(xué)院對(duì)他的培養(yǎng)，感謝家鄉(xiāng)的媒體對(duì)他的關(guān)注�！拔以敢鉃榧亦l(xiāng)的天文教育及科普工作做更多的貢獻(xiàn)�！睆埻�杰表示。如今，在他的推動(dòng)下，有兩次宇宙學(xué)國(guó)際會(huì)議在德州學(xué)院成功舉辦。

　　德州日?qǐng)?bào)報(bào)道

　　愿與更多人一起仰望星空

　　——記北京師范大學(xué)天文系教授、博士生導(dǎo)師張同杰

　　“上下四方曰宇，往古來(lái)今曰宙。 ”宇宙以其浩瀚、神秘，持續(xù)吸引著人類探索的目光，北京師范大學(xué)天文系教授張同杰即是其中佼佼者。去年5月，他率團(tuán)隊(duì)利用“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)成功完成了3萬(wàn)億粒子數(shù)的宇宙中微子和暗物質(zhì)數(shù)值模擬，揭示了宇宙大爆炸1600萬(wàn)年之后至今約137億年的漫長(zhǎng)演化進(jìn)程。這項(xiàng)研究領(lǐng)先世界，引發(fā)學(xué)術(shù)界極大關(guān)注。

　　不久前，記者來(lái)到北京師范大學(xué)天文系。不足10平方米的房間擁擠、局促，角落里堆滿雜物，桌面上散落著一沓沓英文資料，小沙發(fā)上還有沒(méi)疊好的被子——若不是門上有名牌，記者很難想象，張同杰的目光與思維就是從這里出發(fā)，穿越無(wú)盡時(shí)空，帶回關(guān)于宇宙的秘密。

　　寒門少年曲折求學(xué) “偶遇”天文步入新天地

　　“宇宙是無(wú)比巨大的，舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，我們現(xiàn)在看到的太陽(yáng)實(shí)際上是8分19秒前的太陽(yáng)，因?yàn)楣庖��?分多鐘才能走完這段距離。而我們目前能觀測(cè)到的最遙遠(yuǎn)的星系距離地球130多億光年，光130多億年會(huì)走多遠(yuǎn)？”聊起宇宙，張同杰嚴(yán)肅的面孔變得生動(dòng)起來(lái)，眼神中閃爍著光芒。

　　張同杰投身天文學(xué)源于一個(gè)偶然契機(jī)。1986年下半年, 被德州師專（現(xiàn)德州學(xué)院）物理系錄取的他因?yàn)閷W(xué)校無(wú)教室，便在老家等待正式入學(xué)通知。閑暇之余讀到了一些關(guān)于天體物理研究的報(bào)道，對(duì)天體物理產(chǎn)生了興趣。直到1993年，張同杰正式被中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)錄取為碩士研究生，正式開(kāi)始他的天體物理研究。

　　雖說(shuō)偶然，卻與張同杰“最初的夢(mèng)想”一脈相承。 1968年，張同杰出生在夏津縣東李鎮(zhèn)鄒莊村，家境貧困，他進(jìn)入校園時(shí)，“學(xué)好數(shù)理化，走遍天下都不怕”這一金句正流行。受此影響，張同杰數(shù)理化成績(jī)一直不錯(cuò)，尤以數(shù)學(xué)為佳。與此同時(shí)，張同杰經(jīng)常聽(tīng)一檔名為“科學(xué)知識(shí)”的科普電臺(tái)欄目，這也促使他萌發(fā)了第一個(gè)人生夢(mèng)想——成為一名科學(xué)家，這與身邊很多同齡人一樣，但不同的是，他成為了堅(jiān)持到了最后的少數(shù)人之一。

　　1983年，初中畢業(yè)的張同杰考入平原師范學(xué)校讀中師�！斑@是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的選擇，我當(dāng)然更想讀高中，然后考大學(xué)。但中師是我們這些農(nóng)村孩子擺脫黃土、獲得工作的最快途徑，我要盡快承擔(dān)起家庭責(zé)任，為父母分憂，再另辟通往夢(mèng)想的道路。 ”張同杰回憶說(shuō)，“中師不分文理科，而且開(kāi)設(shè)高中沒(méi)有的音體美等課程，學(xué)得比較全面，這是優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是全而不深，最大的不足是不開(kāi)設(shè)英語(yǔ)課，后來(lái)我為此吃過(guò)不少虧。 ”

　　這期間，張同杰有過(guò)迷茫：是不是一生的理想會(huì)就此破滅？壓力之下，張同杰一年級(jí)時(shí)學(xué)習(xí)成績(jī)并不好，卻在不停尋覓提升的機(jī)會(huì)。命運(yùn)沒(méi)讓他等太久，一年級(jí)期末，張同杰看到有三年級(jí)生經(jīng)學(xué)校推薦參加高考。“我感覺(jué)機(jī)會(huì)來(lái)了。從那時(shí)起，我在學(xué)業(yè)上付出了更多的努力�！眱赡旰螅瑥埻�杰考入德州師專（現(xiàn)德州學(xué)院）物理系。

　　這一階段，張同杰將升本及考研列入目標(biāo)清單，但過(guò)程并不順利。 1988年，他升本考試落榜，是英語(yǔ)拖了后腿，隨后便迎來(lái)畢業(yè)，經(jīng)分配成為一名中學(xué)老師。

　　“落榜后我一度頹喪，后來(lái)成為德州學(xué)院院長(zhǎng)的賀金玉老師給予我點(diǎn)撥，父母也一直鼓勵(lì)我，這讓我重新振奮起來(lái)�！睆埻�杰邊教書(shū)，邊學(xué)習(xí)，利用一切機(jī)會(huì)提升自己，1990年他去往山東省教育學(xué)院（現(xiàn)齊魯師范學(xué)院）脫產(chǎn)進(jìn)修兩年，拿到本科學(xué)歷。

　　為打敗“老對(duì)手”英語(yǔ)，張同杰可謂費(fèi)盡心血，更是因?yàn)闊o(wú)人指導(dǎo)走了太多的彎路，不過(guò)如今他已能熟讀英文著作，并用英文撰寫論文、與國(guó)外同行交流。

　　“命運(yùn)一定不會(huì)辜負(fù)堅(jiān)持不懈的人，若回報(bào)還沒(méi)到來(lái)，不妨耐心些�！睆埻�杰對(duì)這句話深有感觸。

　　1993年，經(jīng)歷多次考研失敗的張同杰考取中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)的研究生，跟隨天體物理學(xué)家宋國(guó)玄研究星系計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，跟隨被稱為中國(guó)“蟲(chóng)洞之父”的宇宙學(xué)家沈有根一起研究量子宇宙學(xué)、黑洞和蟲(chóng)洞等，并且一鼓作氣，于1999年拿到天體物理博士學(xué)位。

　　博士畢業(yè)后，張同杰成為北師大天文系的老師。之后，張同杰分別去往加拿大理論天體物理研究所訪問(wèn)，到美國(guó)亞里桑那大學(xué)進(jìn)行博士后研究。 2014年，張同杰作為高級(jí)訪問(wèn)學(xué)者分別到美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校天文系和勞倫茲國(guó)家實(shí)驗(yàn)室訪問(wèn)�？梢哉f(shuō)，偶遇天文讓張同杰步入全新天地，給他的人生指明了方向。

　　執(zhí)著追溯宇宙起源 探尋世界的奧秘

　　宇宙在普通人眼里僅僅是一個(gè)空泛的概念，對(duì)它的理解更多來(lái)源于想象與科幻作品，而在科學(xué)家眼里則蘊(yùn)含著一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)。張同杰的研究方向正是宇宙學(xué)，是天文學(xué)中天體物理學(xué)的一個(gè)分支。在多個(gè)研究領(lǐng)域，張同杰都頗有建樹(shù)�！斑b遠(yuǎn)的天體發(fā)出的光，經(jīng)星系、星系團(tuán)或宇宙大尺度結(jié)構(gòu)到達(dá)望遠(yuǎn)鏡的過(guò)程中，由于引力場(chǎng)的作用會(huì)發(fā)生引力偏折，造成該天體可能會(huì)形成幾個(gè)像，此為引力透鏡效應(yīng)。如果這個(gè)天體是一個(gè)星系，大尺度結(jié)構(gòu)引力場(chǎng)的擾動(dòng)就會(huì)使星系的形狀發(fā)生變化，這就是弱引力透鏡效應(yīng)�！睆埻�杰說(shuō)，“弱引力透鏡效應(yīng)是一種直接探測(cè)宇宙空間物質(zhì)分布的重要工具。通過(guò)觀測(cè)分析星系形狀隨其位置的系統(tǒng)變化，我們可以得到弱引力透鏡信號(hào)的空間關(guān)聯(lián)函數(shù)，從而得到物質(zhì)分布的空間關(guān)聯(lián)函數(shù)，以及宇宙幾何尺度的演化歷史，這讓我們對(duì)宇宙的理解更加深刻�！睆埻�杰和其研究生這方面研究成果在國(guó)際著名刊物《天體物理》雜志上發(fā)表后被廣泛引用。

　　2006年以來(lái)，張同杰帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)持續(xù)研究一項(xiàng)國(guó)際前沿問(wèn)題，即利用哈勃參量數(shù)據(jù)對(duì)宇宙學(xué)模型進(jìn)行限制。在他們做這項(xiàng)工作之前，美國(guó)有一個(gè)小組通過(guò)利用星系的年齡而得到的數(shù)據(jù)，對(duì)標(biāo)量場(chǎng)的勢(shì)進(jìn)行了限制，但是并沒(méi)有把這批數(shù)據(jù)用在宇宙學(xué)參量的限制上�！坝钪鎸W(xué)參量就是指宇宙中物質(zhì)占多少暗能量占多少等數(shù)據(jù)情況，我們是國(guó)際上第一個(gè)把這批數(shù)據(jù)應(yīng)用在宇宙學(xué)參量限制上的科研團(tuán)組，現(xiàn)在國(guó)際上很多研究同行都在關(guān)注我們這項(xiàng)工作的成果。 ”

　　去年5月，一則新聞引發(fā)國(guó)內(nèi)外科技界廣泛關(guān)注：“天河二號(hào)”完成3萬(wàn)億粒子數(shù)的宇宙中微子和暗物質(zhì)數(shù)值模擬，成功推演宇宙137億年的歷史，制作出史上最強(qiáng)“宇宙大片”。主持這一項(xiàng)目的宇宙中微子數(shù)值模擬團(tuán)隊(duì)正是由張同杰領(lǐng)銜。

　　這是一次世界范圍內(nèi)史無(wú)前例的超級(jí)計(jì)算，比美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的米浪（Mira）超級(jí)計(jì)算機(jī)2014年進(jìn)行的1.07萬(wàn)億粒子數(shù)數(shù)值模擬超出兩倍多，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄，其強(qiáng)度目前全世界只有“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)才能承擔(dān)。“我們?yōu)椤�天河二�?hào)’設(shè)置好參數(shù)，為了這次計(jì)算它運(yùn)行了50余個(gè)小時(shí)。它好比一架像素極高的超高速攝像機(jī)，通過(guò)上述模擬還原出宇宙清晰而漫長(zhǎng)的演化‘視頻’，使宇宙大爆炸1600萬(wàn)年之后至今約137億年的漫長(zhǎng)演化過(guò)程得以呈現(xiàn)。 ”國(guó)際天文界認(rèn)為，這一研究成果為通過(guò)天文觀測(cè)手段研究宇宙中微子及其質(zhì)量打開(kāi)了一扇新的大門，有望大大縮短人類探索宇宙起源與演化奧秘的時(shí)間進(jìn)程。

　　不久前，伴隨著美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）宣布人類首次直接探測(cè)到了引力波，這個(gè)對(duì)普通人而言非常陌生的名詞成為社會(huì)熱議話題。對(duì)此張同杰談到：“常有人問(wèn)我：你的研究與思考似乎離我們很遙遠(yuǎn)，這一切究竟有怎樣的意義？我往往這樣回答：追溯宇宙起源，探尋萬(wàn)物奧秘，人類永遠(yuǎn)有義務(wù)和責(zé)任去更深刻地認(rèn)識(shí)所生存的世界。引力波的發(fā)現(xiàn)不僅極大推進(jìn)了人類認(rèn)識(shí)世界的進(jìn)程，更是讓更多人理解了基礎(chǔ)科學(xué)的力量，借用麻省理工學(xué)院校長(zhǎng)拉斐爾·賴夫的一句話：基礎(chǔ)科學(xué)的研究是艱苦、嚴(yán)格且緩慢的——但與此同時(shí)，它也是激動(dòng)人心的、革命性的和具有催化作用的，如果沒(méi)有基礎(chǔ)科學(xué)，我們最好的猜想將不能得到任何改進(jìn)。電磁波剛被發(fā)現(xiàn)時(shí)也被認(rèn)為是無(wú)用的，但最終使人類有了無(wú)線電通信和手機(jī)。我們所做的事可以帶給人類什么？答案是無(wú)窮的可能。 ”

　　樂(lè)做“播種者”為家鄉(xiāng)教育、科普做貢獻(xiàn)

　　2008年12月，張同杰與另外兩位教授相約，自費(fèi)買了望遠(yuǎn)鏡、科普書(shū)籍和光盤，風(fēng)塵仆仆地奔赴四川綿陽(yáng)南山中學(xué)——這所中學(xué)接收了受災(zāi)嚴(yán)重的北川中學(xué)100多名學(xué)生。興趣濃厚的中學(xué)生們聚精會(huì)神地聆聽(tīng)著三位教授的專題報(bào)告，那一雙雙渴望知識(shí)的眼睛深深地打動(dòng)了張同杰：“青少年對(duì)科學(xué)，尤其是天文學(xué)，是有濃厚的好奇心與求知欲的，科普工作對(duì)青少年影響很大，一個(gè)好的開(kāi)端很可能會(huì)影響一個(gè)人的一生。 ”張同杰對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家普遍重視科普工作非常贊賞，“即使是諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，每年也要花時(shí)間承擔(dān)一定的科普工作，美國(guó)航空航天局（NASA）的科普工作更是開(kāi)展得非常成功。實(shí)際上，科學(xué)家、科研人員確實(shí)有責(zé)任向社會(huì)普及一些科學(xué)知識(shí)，盡管做科普對(duì)科研人員本人并沒(méi)有什么太多的實(shí)際效用。 ”

　　與其一個(gè)人“仰望星空”，張同杰更想做一名“播種者”，愿意與世界一起，分享宇宙的美麗與神奇。平時(shí)教學(xué)、科研任務(wù)繁重的張同杰，總是盡可能多地參加一些科普活動(dòng)。

　　在張同杰辦公室的書(shū)架上，兩個(gè)刻有“德州學(xué)院”字樣的黑陶擺件十分顯眼，張同杰說(shuō)，他很感激母校的培養(yǎng)，如今與德州學(xué)院聯(lián)系非常密切，在他的推動(dòng)下，曾有兩次宇宙學(xué)國(guó)際會(huì)議在德州學(xué)院召開(kāi)�！澳壳暗轮輰W(xué)院雖沒(méi)有天文系，但天文科研力量很強(qiáng)，已經(jīng)有5位中科院畢業(yè)的天文學(xué)博士任職，今后我們之間還會(huì)有更深入的合作。 ”

　　如今的張同杰，已是頗有聲望的天文學(xué)家，不過(guò)他仍保持著對(duì)科學(xué)的純粹熱愛(ài)，不求名利，低調(diào)質(zhì)樸，對(duì)物質(zhì)生活無(wú)甚要求。他說(shuō)：“我始終記得自己是農(nóng)民的兒子，我忘不了質(zhì)樸的魯西北平原對(duì)我的養(yǎng)育之恩，如今德州已是融入京津冀協(xié)同發(fā)展城市，我期待著有機(jī)會(huì)為家鄉(xiāng)做些事情。 ”

　　就在今年1月，北京天文館館長(zhǎng)朱進(jìn)、科普部主任寇文與張同杰等一行四人，受德州市教育局邀請(qǐng)來(lái)德州多所中小學(xué)考察，就籌建天文實(shí)驗(yàn)室、開(kāi)展天文科學(xué)普及、開(kāi)發(fā)天文校本課程等進(jìn)行交流并初步達(dá)成合作意向。張同杰表示，全國(guó)中學(xué)生天文奧賽、天文夏令營(yíng)冬令營(yíng)、“仰望星空快樂(lè)成長(zhǎng)”科學(xué)探索等系列活動(dòng)，在很多大城市開(kāi)展得很火爆。其中，在天文奧賽、天文營(yíng)中的成績(jī)，已成為一些大學(xué)天文專業(yè)自主招生降分的重要條件。開(kāi)展天文教育，不僅能激發(fā)學(xué)生探索宇宙的好奇心、想象力，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，而且拓展了學(xué)生上大學(xué)的渠道。“我愿意為家鄉(xiāng)的天文教育及科普工作做更多的貢獻(xiàn)�！睆埻�杰說(shuō)。