我们采访了美国科学院院士！

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作者：杨承霖

校对：牧夫天文校对组

后期：库特莉亚芙卡 李子琦

责任编辑：王启儒

引言

在天文学界内，芝加哥大学是全世界的领跑者之一。一百多年来它一直是天文学最重大发现的摇篮。在这里，哈勃发现了宇宙膨胀，钱德拉理论预测了中子星和黑洞，克罗宁开创了反物质研究，施拉姆为大爆炸理论提供关键证据…

直到今天，芝加哥大学仍然走在天体物理的最前沿。本文的采访者兼摄影师杨承霖，就在芝加哥大学本科就读大一。而在这里担任系主任的便是Joshua Frieman（约书亚·弗里曼），也是我们的采访对象。本文他对很多重要问题发表了见解，例如天文学的重点研究领域，人工智能在天文学的应用，以及本科生的科研参与等。

Joshua Frieman（约书亚·弗里曼）

Joshua Frieman（约书亚·弗里曼）是芝加哥大学天文学与天体物理学系教授兼系主任，费米实验室粒子物理部门负责人，美国国家科学院院士。Joshua以其研究暗能量和宇宙学的工作而闻名，他是600多篇出版物的合著者，是暗能量调查（DES）的联合创始人，该组织由来自7个国家的25个机构共500多名科学家组成，其目标是绘制暗能量地图。

2023年12月，我发了一封邮件给Joshua，解释了我想写一篇介绍芝加哥大学天体物理部门的文章，并请求采访他。Joshua爽快的答应了。因为我寒假放假不在学校，只能通过视频采访--Joshua和Julia（本科部门负责人）准时出现在zoom会议里

以下是与美国科学院院士对话的主要内容：

Q：现代天文学研究重点有有哪些？芝加哥大学在其中如何参与天文系？

Joshua：

与一些大的州立大学相比，芝加哥大学天文系并不庞大，但与其他一些私立大学相比，我们系的体量还是在这儿的。我们并不是全范围研究，重点更偏向于某些重点的前沿领域。我可以给你举几个例子。我们之前谈到了宇宙学，其实在40年前，宇宙学单指理论宇宙学。我们几乎没有数据，如今，我们在宇宙学理论方面有了真正的实力，尤其是通过大型望远镜的观测带来的数据支撑。

再就是对宇宙微波背景辐射的研究，芝加哥是研究宇宙微波背景辐射的世界中心。我们现在已经建立了一个由理论学者和观测员组成的团队。例如，几个人正在使用韦布空间望远镜来探索外太阳系。同时我们在智利使用这两个麦哲伦望远镜，这是非常大的望远镜，有许多仪器非常适合研究遥远的星系。芝加哥大学还是巨型麦哲伦望远镜（正在建造世界上最大的望远镜）联盟的成员之一，我们希望它在2030年代开始进行新的测量。

刚才介绍的只是一方面，另一方面，我们系对高能天体物理学也有所研究，也就是人们所熟知的宇宙射线、X射线、伽马射线，这些天文事件通常是在非常暴力或密集或非常热的环境中产生的。我们正在试图了解这些能量粒子来自何处以及它们告诉我们它们发射源的信息。所以我会说那是系里另一个感兴趣和关注的领域。

天体物理系窗外的芝加哥天际线

芝加哥的天体物理系排名全美第二，但总共就三十多名教员，占地两层楼，还有一块区域被楼下的分子工程系侵吞了。但它一直是天文学重大发现的摇篮：哈勃发现了宇宙膨胀，钱德拉理论预测了中子星和黑洞，克罗宁开创了反物质研究，施拉姆为大爆炸理论提供关键证据…

Q：奇异的卫星人工智能在研究方面的贡献？芝加哥大学对人工智能在天文学研究的应用？

Joshua：

我们学校在天文系人工智能的应用水平还不能说是全美国最领先的地位，不过我们中的一些人正在努力使之成为现实……是的，我当学生的时候，宇宙学是一个小得多的学科，当时芝加哥大学有几名最好的宇宙学家，我们就是全世界宇宙学研究的中心了。如今宇宙学是一个大得多的领域。虽然人工智能正在成为我们项目中一个越来越大的部分，有许多其他大学的教授也正在使用和开发这些人工智能以辅助研究。总之，我对人工智能的发展前景还是看好的，我们也会在这方面做很多投入。

三楼是科维理宇宙学研究所（Kavli Institute for Cosmology）这里的研究者绘制了宇宙网，详细勘测了微波背景辐射。未来，AI在类似的研究中将可以大显身手。例如，传统方法需要560小时来完成一个包含134百万颗粒的宇宙区域的高分辨率模拟，而使用AI技术只需要36分钟。芝加哥大学正在努力将AI融入它的传统强项宇宙学研究中。

Q：本科有必要开设天体物理学专业吗？

（天文学和天体物理学作为面向本科生的专业，自2019年启动以来，到现在已经五年了。您能和我们分享一下芝加哥大学设立天体物理学本科专业的愿景和理由吗？在其成立之初，主要的目标和考虑是什么？）

Joshua & Julia：

在开设本科课程前，天体物理学在芝加哥大学一直是研究生和博士的课程，而且已有120余年的历史。近些年，我们观察到许多本科生对天文学展现出热爱，基于此我们先是增设了几门天文学的选修课，后来发现效果不错，我们便萌生了开设天体物理学本科课程的想法，目的是通过召集对天文学感兴趣且有能力的学生，在本科期间打牢基础知识，为开展进阶研究进行储备。与此同时，等他们升到三、四年级以后，就已经可以参与到前沿课题的研究中了，综合来看，开设这门课程对我们系和学生来讲是双赢的。

425: 迈克尔·特纳（Michael Turner）的办公室；这个传奇人物提出了暗能量（dark energy）这一术语，并且是Joshua在芝加哥大学的博士导师

Q：本科阶段如何学好天体物理学？

Joshua：

学好天体物理学，最基本的是具备一定的数学功底，这样在学习物理学和天体物理学概念的课程的时候不会吃力。此外，一定的计算机技能也是很重要的，因为我们在所有科学领域中所做的事情越来越多地涉及到计算机。我们专门开设了一门用于天文学和天体物理学应用的计算机编程课程。再就是，不同于本科阶段的课堂学习，研究生应具备科研思维，也就是如何顺畅的开展课题研究。研究与上课是完全不同的事情。在上课时，你学习的是别人已经发现的知识。在研究中，你则是试图发现之前没人知道的事物。在课程学习中，如果你在做家庭作业或考试，你回答的是别人提出的问题。在研究中，重要的不是答案，而是问题。所以当你面对一个新问题时，你是否有能力去处理这个问题。当然，随着人工智能和机器学习的发展，熟练操控AI也将成为本科阶段必须掌握的技能。

以钱德拉命名的会议室

钱德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）在芝加哥大学任教了近40年。他提出了著名的“钱德拉塞卡极限”，这是一个理论上的质量上限，用于判断一个恒星是否能够成为白矮星。超过这个极限的恒星将继续演化成中子星或黑洞。在1940年代，他在威斯康星州的耶基斯天文台工作期间，每周驱车超过100英里来回，只为给两名学生上课。这种投入在1957年得到了回报，当时这两名学生——李政道和杨振宁——共同获得了诺贝尔物理学奖。

Q：本科生参与科研最佳时间？如何看待科研的内卷现象？

（以往本科生们通常在第三、四年进组搞研究，现在时间线有所提前，有些学生在第二年甚至第一年就开始参与。您认为这是否是一个积极的变化，对学生的学术和职业成长有利吗？此外，在您看来，本科生开始参与研究的理想时间是什么，以最大化他们的学习和贡献？）

Joshua：

关于是在大一、大二、大三还是大四开始参与研究，我认为这取决于学生的准备情况，以及他们有兴趣参与的研究类型。有些研究类型，例如，如果你在实验室用螺丝刀和焊枪之类的工具开展研究，可能需要的学术准备较少，参与的时间也相应较早。而如果你是与理论宇宙学家一起工作，最好在开始研究之前已经上过宇宙学课程。所以这可能需要额外的一两年。因此这个问题我认为既取决于学生的学术准备，也取决于他们感兴趣的研究类型。实际情况下，我最近也在跟一位大二的学生合作，共同开了一个宇宙学理论方面的课题。

还有一点需要补充的是，提前参与课题研究对你申请研究生院时有一些经验上的帮助。所以我们通常在学生大二结束或进入大三的那个夏天前后与他们交流，那个时段学生们往往在考虑是否读研。

鉴于Joshua院士的时间以及文章篇幅，本次对话到此就结束了。欢迎大家在留言区写下你对本篇采访的感悟以及其他问题。浩瀚星空，上下求索；星汉灿烂，期待着人类新的发现。

『天文湿刻』 牧夫出品

微信公众号：astronomycn

公共休息室里的学生正在解题

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