押注引力波，山西能實現換道超車嗎？

文/ 顧鴻儒近期，在山西政界、學界甚至是商界都在熱議一個科學概念——引力波。據當地媒體報道，山西正在以山西大學爲牽頭單位，積極推進引力波探測大型地基觀測裝置項目。山西有關方面希望，藉助這一大科學裝置的落地，像“中國天眼”落戶貴州那樣實現全省發展的換道超車。作爲資源大省，山西近些年受經濟轉型的壓力發展相對緩慢。2020年在全國各省GDP排名中，僅列第21位，甚至不及西部省份貴州。在十四五規劃中，山西提出“十四五結束時達到或接近全國平均水平”的經濟發展總目標。由於全國平均水平在逐年提高，這要求山西在接下來五年需要保持一個較快的發展速度。有消息說，貴州、安徽發展大數據產業、面板產業，換道超車的成功案例，引起了山西的濃厚興趣。在今年全國兩會上，山西代表團提交全團建議、住晉全國政協委員提交聯名提案建議，希望中央支持山西建設基於量子光源的引力波探測大型地基觀測裝置。建議中說，引力波探測大型地基觀測裝置對於山西“在轉型發展上率先蹚出一條新路”具有深遠意義。據悉，這一項目已經被列入山西省“十四五”規劃重點建設項目。“超級耳朵”引力波探測裝置主要用於偵測引力波的存在，也被稱爲人類探索宇宙的“超級耳朵”。因爲物體間的引力非常微弱，實驗裝置必須做得極爲精確，否則設備的誤差就會把引力信號掩蓋掉。中國紫金山天文臺副研究員金志平表示，引力波提供了一種與以往不同的天文觀測手段，會推動天文學進入一個新時代。但全球對於引力波的探測尚處於初期階段，自愛因斯坦相對論預言引力波存在後，直到2015年人類才第一次探測到引力波信號。2017年，美國再次探測到來自雙中子星合併的引力波，多名科學家因此獲得諾貝爾科學獎。但中國在引力波探測領域，因高精尖地基設備不足，無法開展更深層次的自主研究。這次山西提出在地面上（區別於太空）建設地基引力波探測器，主要的優勢有兩方面。首先，山西在量子科技和激光科技方面具備一定的基礎和潛力。在量子科技領域，山西有近40年的研究積累。量子光學與光量子器件國家重點實驗室就在山西大學，國家科技部2002年驗收了該實驗室79項科研項目。其次，在地理上，山西是存在優勢的。衆所周知，豐富的煤炭資源是山西省的獨特優勢，一直以來，山西大量開採煤炭，形成了一些廢棄礦井。這對探測引力波，極具優勢。山西大學副校長張天才向中國新聞週刊介紹，引力波的信號極其微弱，對探測精度的要求非常高，所以在建設地面探測裝置時，對環境有着嚴格要求。廢棄礦井反而成爲了有利資源。廢礦可以減少建造成本，並且環境安靜，可以減小引力波探測器受到的干擾，便於接收信號。中國科學院國家授時中心主任張首剛對中國新聞週刊表示，在地下二三百米處，山西有很多廢棄的“巷道”，在控制溫度、電磁、震動、噪音等方面，非常利於探測引力波。此外，山西海拔高、緯度低，氣候條件優越，也是中國較爲合適開展引力波觀測的地點之一。再加上羣山環繞，便於安防保護，在地理上山西也具備一定的優勢。爲了推進這一大科學裝置落地山西，今年2月25日，由山西大學牽頭的引力波探測大型地基觀測裝置、量子技術與工程研究中心建設方案論證會在太原舉行，包括10餘名院士在內的數十名專家學者齊聚一堂。與會專家一致認爲，引力波探測是國際重大科學和技術前沿問題，地基引力波探測裝置在中國尚屬空白，建設這一裝置不僅具有重大的科學意義，而且對帶動相關領域工程技術的發展具有現實意義。與會專家同時指出，山西廢舊地下礦井資源豐富，山西大學國家重點實驗室在高質量激光器、量子光源等方面科研積澱深厚，具備建設有關科學裝置和研究中心的科研優勢和資源優勢。有學者還提出，有望落戶山西的引力波探測裝置，完全可以和在貴州建成的“中國天眼”比肩。但是對於山西來說，這條新路是否能如貴陽一般，蹚出一條依靠科技的經濟發展之道？帶動高校發展？引力波探測是現代科學技術的前沿研究領域，觀測裝置的建設雖然投入巨大，但卻無法以盈利爲目的。據瞭解，引力波探測大型地基觀測裝置主要用於證明愛因斯坦關於引力波理論的正確性，從而帶動相關理論和技術發展，屬於面向國家重大需求、而非以經濟效益爲主的基礎理論研究。張天才表示，引力波探測大型地基觀測裝置主要用於天文觀測和研究，建設該裝置屬於面向國際前沿的基礎科學研究，會從側面推動相關學科和技術的發展，“包括光學工程、真空技術、機械裝備、精密測量、控制技術以及量子技術等”。張首剛同樣認爲，建設該裝置的側面帶動作用不可忽視。他表示，建設該裝置將會衍生出很多產品和產業，從而對山西的經濟產生推動作用。但是，以目前山西的科研基礎來看，建設引力波探測大型地基觀測裝置，仍需要大量的高端人才，其自身高等教育的發展速度有待提升。山西目前有138所普通高校，本科院校33所，高職院校50所，成人高等學校10所，民辦其他高等教育機構45所。其中，太原理工大學、山西大學、山西師範大學、山西農業大學、山西醫科大學、山西財經大學、中北大學、太原科技大學這八所高校較爲知名，也被稱爲山西高校的“老八所”。近日，在臨汾辦學數十年的山西師範大學，官宣將搬遷至太原。至此，山西省綜合實力較強的“老八校”全部落戶太原。山西將強校彙集於一點，努力擺脫“省會城市無一流大學”的尷尬，但依舊難以摘掉“高教弱省”的帽子。“但是，這麼大的一個裝置，並非某一個省或者某一個院校可以單獨完成的。它需要全國力量的加盟，包括人才力量、技術力量、科研力量等等。”張首剛表示，引力波探測大型地基觀測裝置會由山西大學牽頭，聚集全國科研力量，將山西的科研基礎和其他團隊的優勢進行融合，才能形成一定的力量。引力波探測大型地基觀測裝置，被認爲對山西的高等教育發展也會產生推動作用。一直以來，山西的高等教育發展規模相對比較落後，不但低於京、滬、津、蘇、粵，而且低於位於西部地區的陝西和位於東北地區的黑吉遼三省。所以，引力波探測大型地基觀測裝置的建設被山西寄予厚望，希望能爲山西高等教育帶來質的飛躍。“該裝置的建設將爲山西聚集更多的人才，不僅是工程技術人員，還有管理人員。這對山西高等教育的推動作用，不可忽視。”張首剛說。據張天才介紹，目前，山西已圍繞該引力波探測裝置組建了一批人才隊伍，並正在積極與國內外相關單位聯繫，採取措施引育人才和團隊，尋求廣泛的交流合作。此外，山西大學今年將在碩、博研究生招生中，考慮引力波探測設計的方向，有針對性地加強專業人才的培養。在解決人才問題後，山西在爭取國家戰略政策時，也將面臨一場激烈的競爭。據瞭解，《科技部關於發佈國家重點研發計劃“引力波探測”等重點專項2021年度項目申報指南的通知》發佈後，深圳、上海、北京等多個科研機構及高校紛紛在引力波探測領域發力。3月15日，上海市科學技術委員會發布通知，將號召有關單位，申報重點專項2021年度指南項目，其中就包含了引力波探測項目。無獨有偶，深圳、北京等地也在積極組織相關單位申報引力波探測項目。在科研以及經濟力量方面，北京、上海、深圳均要強於山西，面對這些競爭對手，山西勝算幾何？張天才向中國新聞週刊表示，中國推動引力波探測技術發展極具意義，站在國家層面來說，對整體發展會有總體佈局。但是，目前國內針對引力波的直接探測，都是對太空的空間引力波探測，地面上的地基引力波探測仍是空白。據瞭解，地基引力波探測可以在頻段上與空間引力波探測形成互補，有助於中國未來打造多波段引力波探測體系，深度參與國際地面引力波探測，提升探測能力。據介紹，山西提出的基於地下廢棄礦井的激光干涉引力波探測系統，臂長可達10公里，而目前國際上地基探測裝置臂長最長只有4公里，山西有很大的優勢。換道後的山西能否實現超車？