文｜《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者劉如楠
“你的數(shù)據(jù)處理有問(wèn)題！”“別浪費(fèi)時(shí)間了！”“拒稿！”聽(tīng)到這兒，周大智被嚇出了一身冷汗，感覺(jué)天要塌了。
要知道，他的博士論文課題已進(jìn)行了兩年，從開(kāi)始做到取得結(jié)果，沒(méi)有一個(gè)人相信他。包括導(dǎo)師、合作者、同行在內(nèi)的所有人都質(zhì)疑這項(xiàng)研究，甚至認(rèn)為“絕對(duì)不可能”。
他迅速開(kāi)始腦補(bǔ)“拒稿”后的情形：自己的一意孤行終究失敗……跨國(guó)轉(zhuǎn)學(xué)讀博4年，什么也沒(méi)做出來(lái)。他拼命地想大喊求救，卻一下從床上驚坐起來(lái)。幸好，那只是一場(chǎng)夢(mèng)。
類似的噩夢(mèng)，周大智做過(guò)一次又一次。面對(duì)周圍的質(zhì)疑，他也曾無(wú)數(shù)次地懷疑、否定自己。
與夢(mèng)境相反，現(xiàn)實(shí)有了一個(gè)好的結(jié)果。1月初，《自然》雜志在線發(fā)表了加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)博士生周大智為第一作者的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)了有記錄以來(lái)最早、最熱的星系團(tuán)氣體，這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)改變目前主流星系團(tuán)形成的理論模型。
周大智受訪者供圖（下同）給自己的“失敗”研究找個(gè)解釋
周大智的博士生涯前半段，在丹麥技術(shù)大學(xué)的宇宙黎明研究中心度過(guò)。當(dāng)時(shí)他的主要任務(wù)是——數(shù)星星，即利用射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)宇宙早期的星系團(tuán)，“數(shù)”出其中的星系數(shù)量。
星系團(tuán)就像星系居住的城市。每一個(gè)星系團(tuán)都住著成千上萬(wàn)個(gè)星系居民，比如銀河系就是室女座超星系團(tuán)的一員。
遺憾的是，他數(shù)出的星系居民的數(shù)量比理論預(yù)期少很多，也暗得多。因此，這項(xiàng)研究無(wú)法繼續(xù)下去，只能算是失敗的觀測(cè)。
自此，“為什么”的問(wèn)題一直縈繞在周大智心頭。他查閱了很多文獻(xiàn)，試圖找出原因，偶然了解到了SZ效應(yīng)，即蘇尼亞耶夫-澤爾多維奇效應(yīng)。
這是指宇宙大爆炸后，留下了一種均勻彌漫在全宇宙的“背景光”——宇宙微波背景輻射。當(dāng)這些光子穿越星系團(tuán)中的熱氣體時(shí)，由于氣體粒子活動(dòng)非常劇烈，光子的能量會(huì)發(fā)生變化。
這種變化，使得原本均勻的微波背景輻射中出現(xiàn)微小的陰影，就像陽(yáng)光穿過(guò)透明玻璃，在地面投下淡淡的影子。
“或許正是因?yàn)镾Z效應(yīng)掩蓋了星系的光芒，才使很多星系無(wú)法觀測(cè)到。無(wú)法觀測(cè)到，又從反面證明了熱氣體的存在。”周大智這樣解釋自己的“失敗”。
這并非導(dǎo)師擅長(zhǎng)的領(lǐng)域，他難以評(píng)判周大智的解釋。不久后，一場(chǎng)關(guān)于星系團(tuán)的學(xué)術(shù)研討會(huì)在丹麥舉行，帶著自己的疑惑和解釋，周大智決定去“找找答案”。
功夫不負(fù)有心人，會(huì)上，他真的遇見(jiàn)了一位相關(guān)方向的理論天文學(xué)家。這一老一少當(dāng)場(chǎng)便拿出紙和筆開(kāi)始計(jì)算，很快便有了答案——結(jié)果支持周大智的猜想。
“我很興奮，跑回去跟導(dǎo)師、研究所的老師，還有發(fā)表過(guò)相關(guān)論文的同行講。大家都很反對(duì)，覺(jué)得不靠譜。”周大智說(shuō)。
同行反對(duì)的理由是，“我們用位于智利北部沙漠的66個(gè)陣列的射電望遠(yuǎn)鏡（ALMA）進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)，才探測(cè)到這些星系團(tuán)中的氣體，你用一個(gè)100米的單口徑望遠(yuǎn)鏡就能觀測(cè)到如此遙遠(yuǎn)的熱氣體？這不可能。”
想更有說(shuō)服力，周大智和導(dǎo)師就需要拿出更多、信號(hào)更強(qiáng)的觀測(cè)結(jié)果。于是，他們決定申請(qǐng)位于墨西哥一火山頂部的大型毫米波望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)。
不湊巧的是，山火、雷暴打擊接連發(fā)生，墨西哥大型毫米波望遠(yuǎn)鏡中斷了正常運(yùn)行。這項(xiàng)研究不得不擱置下來(lái)。至今，它還沒(méi)有恢復(fù)觀測(cè)。
周大智（左）和導(dǎo)師Scott Chapman進(jìn)行研究討論跨國(guó)轉(zhuǎn)學(xué)讀博，研究興趣沒(méi)變
與擱置的研究同時(shí)發(fā)生的，還有國(guó)際形勢(shì)變化對(duì)研究經(jīng)費(fèi)帶來(lái)的影響。加上當(dāng)時(shí)周大智的女朋友、如今的妻子在美國(guó)讀博，遙遠(yuǎn)的距離一度讓他苦不堪言。
“那兩年幾乎有1/3的時(shí)間往美國(guó)跑，后來(lái)突然想到：是不是可以轉(zhuǎn)學(xué)？”周大智說(shuō)，“但很少聽(tīng)說(shuō)有博士轉(zhuǎn)學(xué)的，我也不確定。”
周大智（左）和妻子令這位26歲的年輕人沒(méi)想到的是，轉(zhuǎn)學(xué)異常順利。與導(dǎo)師Thomas Greve教授說(shuō)明情況后，周大智很快獲得了支持。
他又向幾個(gè)意向?qū)W校投遞了簡(jiǎn)歷。第二天便得到了加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)教授Scott Chapman的回信；第三天，Scott Chapman與他原來(lái)的導(dǎo)師通了電話，了解周大智的情況；第四天，周大智便獲得了入學(xué)邀請(qǐng)。
為了打消周大智關(guān)于畢業(yè)時(shí)間的顧慮，新導(dǎo)師還告訴他：“你可能會(huì)擔(dān)心畢業(yè)時(shí)間，畢竟已經(jīng)在丹麥讀了一年多。但這就相當(dāng)于轉(zhuǎn)學(xué)而已，之前做的研究不會(huì)白費(fèi)。你想兩年、三年畢業(yè)都可以，想好了可以隨時(shí)告訴我。”
“新導(dǎo)師都沒(méi)安排面試。甚至在得到錄取通知書(shū)之后，我還在考慮是否過(guò)去。因?yàn)閷?shí)在太快了，幾乎沒(méi)有反應(yīng)時(shí)間。”周大智說(shuō)。
最終，周大智決定跨國(guó)轉(zhuǎn)學(xué)。
與新導(dǎo)師討論博士主課題時(shí)，周大智選擇了自己最感興趣的星系團(tuán)研究，編號(hào)SPT2349-56——這是一個(gè)距離地球超過(guò)120億光年的星系團(tuán)。
人們?nèi)缃裼^測(cè)到的，是它120多億年前的樣子，處在宇宙誕生后14億年。如果拿人來(lái)比喻，我們看到的它正處于3歲左右的嬰幼兒時(shí)期。
這一“嬰幼兒”星系團(tuán)體積只比銀河系大幾倍，卻有著30多個(gè)星系，且其中的恒星形成非常劇烈，新星系的成長(zhǎng)速度是銀河系的幾千倍。
在星系與星系之間，存在著一些氣體，這些氣體的質(zhì)量甚至比星系本身還要大好幾倍。根據(jù)現(xiàn)今的宇宙模型理論，在宇宙形成早期，星系團(tuán)中的氣體很冷，隨著星系團(tuán)的成長(zhǎng)，這些氣體會(huì)變得越來(lái)越熱。
周大智和導(dǎo)師想知道，SPT2349-56這一“嬰幼兒”星系團(tuán)中的氣體，究竟是冷的還是熱的？
妻子為周大智的論文畫(huà)的藝術(shù)想象圖被所有人質(zhì)疑的研究，還要繼續(xù)做嗎？
開(kāi)啟課題后不久，導(dǎo)師就向智利66陣列射電望遠(yuǎn)鏡提交了觀測(cè)申請(qǐng)?zhí)岚浮Ｐ液�，這次沒(méi)發(fā)生意外。他們?nèi)缙谀玫搅擞^測(cè)數(shù)據(jù)。
接下來(lái)，是漫長(zhǎng)而枯燥的數(shù)據(jù)處理過(guò)程。面對(duì)著超過(guò)30TB的數(shù)據(jù)，周大智希望從中搜尋出能表明星系團(tuán)溫度的證據(jù)。
也就是說(shuō)，他要在千萬(wàn)個(gè)星系閃爍的光芒中，尋找是否存在淡淡的陰影，即SZ效應(yīng)。其帶來(lái)的陰影的信號(hào)強(qiáng)度預(yù)期僅為星系亮度的1/50左右，且會(huì)和星系光芒重疊在一起呈現(xiàn)。
得知周大智做的課題，同組的人、合作者，包括領(lǐng)域內(nèi)的十幾位天文學(xué)家都明確表示反對(duì)：“你在大海撈針，純屬浪費(fèi)時(shí)間”“這毫無(wú)意義，為你感到不值”……有的老師甚至找到周大智的導(dǎo)師，直言不諱：“這項(xiàng)研究應(yīng)該停止！”
大家的反對(duì)基于長(zhǎng)期以來(lái)的研究。2023年初，《自然》雜志曾發(fā)表一項(xiàng)與他們的課題相似的論文。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，一個(gè)處在宇宙誕生31億年后的“嬰兒”星系團(tuán)中的氣體，比理論預(yù)測(cè)的溫度更低。預(yù)言早期宇宙很可能沒(méi)有足夠熱的氣體產(chǎn)生SZ效應(yīng)，星系之間的氣體是隨著時(shí)間累積而變得越來(lái)越熱的。
周大智也常常懷疑自己：一年來(lái)的數(shù)據(jù)處理都一無(wú)所獲，一意孤行地堅(jiān)持真的有意義嗎？
轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在2024年9月初，此時(shí)離望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)項(xiàng)目截止不到1個(gè)月。周大智突然收到了很多連續(xù)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，他猜測(cè)：“或許是近期的觀測(cè)人員對(duì)我們的課題很感興趣？”有了前期數(shù)據(jù)處理的經(jīng)驗(yàn)，這時(shí)的他處理起來(lái)也得心應(yīng)手了許多。
當(dāng)?shù)玫秸麄�(gè)“嬰兒”星系團(tuán)圖像的時(shí)候，周大智很震驚：“我真的看到了星系光芒周圍存在的小小陰影！”
隨即，他腦海里閃現(xiàn)出幾年前的“失敗”觀測(cè)，心想：“難道真的是因?yàn)镾Z效應(yīng)？”接下來(lái)，更多的問(wèn)題冒出來(lái)了：“這恰恰說(shuō)明星系間的氣體是熱的？這和此前《自然》論文的結(jié)論截然相反？豈不是和主流宇宙模型觀點(diǎn)相悖？‘嬰幼兒’時(shí)期的星系團(tuán)怎么可能比‘成年’星系團(tuán)更強(qiáng)壯、更有力量？”
想到這里，周大智嚇了一跳。冷靜下來(lái)后，他和導(dǎo)師都覺(jué)得，“一定是數(shù)據(jù)處理出錯(cuò)了！”
2026年1月初，周大智參加美國(guó)天文學(xué)會(huì)第247屆年會(huì)導(dǎo)師都要放棄了，他還在堅(jiān)持
不出意外地，周大智和這項(xiàng)研究又一次面臨著來(lái)自四面八方的質(zhì)疑。畢竟是違背主流認(rèn)知的結(jié)論，同行們的質(zhì)疑也不無(wú)道理。
接下來(lái)的幾個(gè)月里，周大智設(shè)計(jì)了各種驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)：比較不同時(shí)間的觀測(cè)結(jié)果、變換數(shù)據(jù)處理方法、反復(fù)確認(rèn)技術(shù)細(xì)節(jié)、引入其他數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比……還考慮了各種可能的影響因素：觀測(cè)時(shí)的校準(zhǔn)失誤、天氣影響、觀測(cè)點(diǎn)周圍的環(huán)境變化……
時(shí)間來(lái)到2025年初，或許是擔(dān)心周大智的畢業(yè)問(wèn)題，導(dǎo)師勸他放棄：“我這里有篇已經(jīng)寫(xiě)了一半的論文，準(zhǔn)備投《自然-天文學(xué)》，你可以先把這篇文章完成，把你手頭的課題優(yōu)先級(jí)調(diào)低一點(diǎn)。”
“我的結(jié)果就快出來(lái)了，種種跡象都已經(jīng)顯現(xiàn)出來(lái)，就差最后沖刺了！”周大智不肯退讓。
其實(shí)他心里也在打鼓。一個(gè)博士生，站在了眾多資深天文學(xué)家與主流研究理論的對(duì)立面，任憑是誰(shuí)都不可能不緊張。周大智一刻也不敢放松，他頻繁地做噩夢(mèng)、又被驚醒。他能依靠的，只有自己的研究和驗(yàn)證。
可即便是噩夢(mèng)，也總有過(guò)去的一天。當(dāng)一項(xiàng)又一項(xiàng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證都指向一個(gè)相同的結(jié)論，他的信心又一點(diǎn)一點(diǎn)地重新建立起來(lái)了。
2025年4月，他滿懷信心地投稿給了《自然》雜志。第二天就看到了拒稿的信息。
“太挫敗了，一種被打倒、被擊碎的感覺(jué)。”周大智說(shuō)。
原來(lái)，不止是科研實(shí)驗(yàn)需要錘煉，論文撰寫(xiě)同樣需要。又經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的打磨，周大智逐漸意識(shí)到：“期刊不太關(guān)心你研究的星系團(tuán)是否是最早期的，這種‘最’的競(jìng)爭(zhēng)本身意義不大，他們更關(guān)心這項(xiàng)研究是否改變了人們現(xiàn)有的認(rèn)知。”
終于，重新投稿后的論文很快被接收、發(fā)表。有了前述的種種，這項(xiàng)研究被打磨成了如今的模樣：SPT2349-56這一處在宇宙誕生早期（14億年）的星系團(tuán)，其中的氣體熱量遠(yuǎn)超預(yù)期。其熾熱的原因，可能是星系團(tuán)中的3個(gè)非�；钴S的超大質(zhì)量黑洞在能量爆發(fā)期間對(duì)星系團(tuán)氣體進(jìn)行了加熱。
而按照如今主流的理論模型，如此的高溫氣體只會(huì)存在于宇宙生命后期更成熟、更穩(wěn)定的星系團(tuán)中，因此周大智的發(fā)現(xiàn)是對(duì)現(xiàn)有認(rèn)知的顛覆。
接受采訪的當(dāng)天，周大智剛剛參加完美國(guó)天文學(xué)會(huì)第247屆年會(huì)。會(huì)上，他詳細(xì)報(bào)告了自己的這項(xiàng)研究。
這一次，質(zhì)疑的聲音消失了，他得到的全是掌聲。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09901-3