读了天体物理学博士,为啥连处女座都找不到?

  大家周末好呀!

  很多人小的时候都有一颗太空梦。仰望星空常常激起人们天马行空的想象。“读懂宇宙”是作者儿时的目标,后来他一猛子扎进科研圈,决定在天文学的海洋里遨游终生。

  天文学就是拿望远镜看星星吗?“天文学家大多不会认星座。” 下面这份来自天体物理学专业博士的介绍,或许可以让你对天文学有新的认识。

  (**专栏中所涉及的内容为嘉宾自身的经历,仅供参考,不同院校/专业/研究方向的博士在研究和生活方面都会有不同的体验哟**)

  和其他所有专业一样,很多人对我的专业也存在一些误解。欣喜的是,随着科普力度的加大,已经很少有人把天文学和占星学搞混了。不过让我无奈的是,依然有人会觉得我所在的专业(或者我本人)很会认星座。

  认星座作为古代天文学家的必备修养的确不容否认,因为当时他们需要肉眼找到星星,然后把望远镜、六分仪之类的仪器手动对准它们。今天的天文学家其实已经不需要这样做了——登陆某个望远镜的数据库,输入你想要的天体名字或者坐标,点击下载,坐在家里就可以得到它的各种观测信息(比如光谱,测光,光变曲线等)。而整个过程你一颗星星也没看到。

  登陆数据库,坐在家里就可以得到各种观测信息(比如光谱,测光,光变曲线等)

  于是,“会认星座”,在今天逐渐变成了资深星空爱好者和天文摄影师的特质。诚然,也有一些天文学家是认星高手,但那是因为他们恰好把天文摄影当成自己的业余爱好。本文题目即是对天文学家大多不会认星座现象的自嘲。另外要说明的是,天文学中只有“室女座”,而没有“处女座”。

  我们真的找不到“处女座”……

  另一个误解,就是认为我们在从事航空航天方面的研究。事实上,天文学家普遍对卫星和航天器略知一二,那是因为有很多空间望远镜的缘故。但基本上了解就止步于此了。因为天文学研究感兴趣的天体大多远在太阳系之外。

  天文学研究包罗万象,按照尺度从小到大,有星际分子、致密天体(黑洞,夸克星,中子星,白矮星)、行星、恒星、矮星系、星系、星系团、大尺度结构和整个宇宙。时间尺度短至毫秒(暂现源如快速射电暴、脉冲星、伽马射线暴),长至百亿年研究整个宇宙的创生、演化和死亡。

  天文学作为一门科学,研究方法也离不开理论与实验。只不过与其他科学不同,天文学研究的对象无法人为干预,因此只能被动地“观测”。根据观测的“频道”不同,观测天文学可以被分为射电天文学、光学天文学、高能天文学,以上都指的是电磁波的不同频率范围。除了电磁波以外,还有宇宙线天文学,引力波天文学,中微子天文学等其他“信使”的天文观测。每一种观测频道需要建造不同的设备,因此天文学家建造了射电望远镜、光学望远镜、高能空间望远镜、高能大气切伦科夫望远镜、引力波天文台、宇宙线天文台和中微子天文台等各种天文设备。

  中国天眼,世界上最大的单口径射电望远镜。图片来源:图虫创意

  在理论方面,有的人研究在天体物理极端环境下的基础物理规律,我称他们为“硬核理论家”。还有的理论家把各种已知原理和现象“拼装”成“物理模型”,来解释各种观测现象。我主要就做的是这方面的工作。理论家的研究手段主要有解析计算(推公式)、蒙特卡罗模拟(我妻子每天听我说的最多的专业术语就是“猛咔!猛咔!猛咔咔!”)、数值模拟等。

  简略地介绍完了我们学科,接下来我想讲一下我个人博士期间的研究和生活经历。

  “读懂宇宙”是儿时的目标

  我是2016年博士毕业的。现在已经做了3年的博士后了。于我而言,能够从事天体物理学方面的研究算是夙愿得偿。我的外公是一名中学物理教师,小时候我的好奇心总能在他那里得到满足,因此我对自然界的求知欲也就越长越大。在初三的时候,我在母亲单位的图书室看到一本书,叫《图解当代科技》,它对宇宙学、相对论和量子力学做了个粗略的介绍。那时候的我仿佛从一扇半掩着的门缝里窥见了一个光怪陆离的奇境,一下就被吸引住了。心里暗暗立志:“我将来一定要学懂相对论和量子力学,也不枉在宇宙间走一遭了!”

  在这个目标的刺激下,我的学习成绩,特别是理科成绩,越来越好。终于考上了清华大学的数学物理基础科学班。在这里,我系统地学习了理论物理的基础课程:“四大力学(《分析力学》、《统计力学》、《电动力学》、《量子力学》)”,还选修了广义相对论和量子场论等课程。可以说,刚刚进入基科班时,每一个同学都做着理论物理和纯粹数学梦,但经过四年的学习,大部分人都度德量力、认清现实,对其他方向产生了“浓厚兴趣”,我也是如此。在我看来,理论物理如同攀岩竞速,而天体物理如同航海。攀岩只有向上,臂力最好的人永远在最上面;而航海可以向各个方向,每个人都有发现宝藏的机会。所以我在高年级时开始选修天文学专业的课程,并且联系了天体中心的天文学老师做本科生科研项目。

  天体物理如同航海,航海可以向各个方向,每个人都有发现宝藏的机会。图片来源:Pixabay

  后来我就随着我本科的导师来到了中国科学院高能物理研究所硕博连读。我是因为热爱而选择物理专业的,因此只要热情还在,继续留在物理研究方向读博就是自然而然的。尽管我对我的专业如此热爱,在读博期间还是有很长一段时间“幻想破灭”的感觉。首先,我开始接触到科研的细节:代码、算法、数据和近似公式……一切都变得琐屑、繁杂、混乱,不像之前那么优美了;其次,研究进展的不顺利,对文献没有充分了解导致做了长时间的无用功。当热情之火减弱的时候,就会清晰地感觉到自己研究课题的超然世外和现实生活之间的撕裂感。

  未来前途不定,尘世的压力逐渐照进理想世界。是否要回到现实世界,把那个奇境之门永远关在身后,这是那时我经常问自己的问题。而且“发表文章”这个毕业的必要条件越来越显得像一个不可能完成的任务。

  研究过程从困境到转机

  为了跳出目前课题的困境,我向导师请求出国联合培养,换一个研究方向。我的导师特别好,毫不犹豫地同意了,并且还帮我联系了英国大学的导师。于是我在硕博连读的第三年到了英国开始脉冲星方面的研究。到了异国他乡,国内琐事被抛诸脑后,生活变得简单起来。早晨到办公室,打开电脑读文章,编程,处理数据,晚上回到家做饭吃饭洗碗(大部分时间是室友做饭,在此鸣谢),周末提着个大购物袋和室友去市中心买菜。周而复始的生活像一种“禅”。

  去泰国参加IPTA会议海报展示。

  我的心逐渐静了下来,开始渐渐地从科研的细节中发现一些美感:比如搞清楚某个算法背后的思想;仔细读懂一篇观测和数据处理的文章,赞叹于作者如何将每一个你能想到的细节都考虑到。

  一年后,我回到高能物理研究所。我在英国期间写的论文接收在望,于是我的科研热情又重燃了起来。特别重要的是,我认识了我的妻子。她当时在海南大学植物学专业读博。于是我利用各种假日、假期的时间,坐火车不停往返海南和北京。虽然彼时发表论文、毕业依然压在我心里,但从那时开始,我人生中最长的阴天结束了。有了同行者的陪伴,我决心继续留在科研征程上。

  博士毕业之后,我在导师和师兄的帮助和介绍下,到了香港大学从事博士后研究。在那里两年的时间内,我把研究方向从脉冲星的射电研究扩展到高能天体物理,一口气发表了8篇文章,彻底走出了博士期间的“文章饥渴症”。我妻子和我一起在香港岛32平米的小屋里生活得有滋有味,我的精神也前所未有的放松。一年之后,我们有了一个可爱的女儿。去年,我申请到了荷兰一所大学的博士后职位,于是我们一家三口又跨越整个欧亚大陆,来到了郁金香的国度开始了新的生活。我的研究方向又扩展到了引力波。现在,我们即将“故技重施”,迎来第二个孩子。

  在香港大学自习室连上了大彩电而感到兴奋。

  读了天体物理学博士,未来可以做什么?

  如果你对天体物理感兴趣,甚至产生了读一个博士的想法,那么我要对你说:三思啊!你做好沉侵在“脏乱数据”里的准备了吗?你做好每天擦去打哈欠挤出的眼泪,硬着头皮读论文的准备了吗?你做好看着周围同学一个个发高水平文章,而自己一篇文章都憋不出来的准备了吗?你做好了看着大学同学年入百万而自己收入寥寥的准备了吗?

  如果你已经开始读博,并深陷困境之中。那我的另一个建议是,花点时间和心思在学术之外。以我自身的经验而言,带我走出困境的不是科研方面不懈的努力,而是在学术以外的邂逅和由此带来的生活改变。人生的路很宽,学术只是其中一部分。

  如果你熬到了博士毕业,并且已经对科研没了热情,那么好消息是天体物理方向的就业前景像天体物理研究本身一样宽广。由于过硬的数学、编程和强大的学习和抗压能力,我周围的同学拿到了各种各样的工作offer,比如著名互联网公司,金融公司,半导体公司。他们都有光明的前途。

  由于过硬的数学、编程和强大的学习和抗压能力,我周围的同学拿到了各种各样的工作offer。图片来源:Pixabay

  如果你像我一样,最终决定一猛子扎进科研圈,在科学的海洋里遨游终生。那么我要恭喜你,你从事了自己热爱的职业,圆了儿时的梦想。你的全部时间都是自己的,而不必出卖一部分给别人换取金钱。

  最后和你共勉:“搞好身体,顾好家庭,来日方长!”

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