黃慶國,男,1977年10月出生,博士,F任中國科學院理論物理研究所副研究員,國家理論物理重點實驗室暗能量和早期宇宙暴脹方向召集人。
教育及工作經歷:
1995年9月至2000年8月,中國科技大學近代物理系,獲學士學位。
2000年9月至2004年7月,中科院理論物理研究所,獲博士學位。
2004年8月至2006年4月,中科院理論交叉研究中心,博士后。
2006年5月至2010年2月,韓國高等研究院,research fellow。
2010年3月至今,中科院理論物理研究所,百人計劃研究員。
社會任職:
1. 中國科學院青年創新促進會會員。
資料更新中……
主要成就:
在全息暗能量,原初曲率擾動非高斯性,非對易時空暴脹模型,標量場弱引力猜測等方面發表47篇文章,已被他人引用超過1350次。相關研究工作受到國內外同行的廣泛關注,并引發很多后續研究。
暗量問題是當代物理中最困難和最深刻的問題之一。提出了在空間彎曲的宇宙中的全息暗能量模型,最早系統地研究了全息暗能量模型中唯一參數對狀態參數的影響,并從觀測上限制這個參數。相較于宇宙學常數,發現人擇原理明顯傾向于支持全息暗能量模型。這方面的三篇文章已被他人引用超過480次。
原初曲率擾動的非高斯性已成為早期宇宙學研究的核心問題之一,對了解早期宇宙的物理和揭開宇宙結構形成的機制有著深遠的影響。首次解析計算了相互作用勢主導的曲率子模型所產生的原初曲率擾動的非高斯參數。提出N-vaton模型,并計算了這個模型的曲率擾動。發現一般多場暴脹結束時產生的非高斯擾動的大小是由刻畫暴脹結束的場空間的幾何決定的,對未來模型構造極具指導意義。因為對此領域的貢獻,2009年受邀到日本第19屆廣義相對論和引力大會作專題演講。此領域的一系列文章已被他人引用超過280次。
提出標量場的弱引力猜測,結合其他條件發現永恒暴脹不可能發生,那么也就不會存在多重宇宙。是否存在多重宇宙是宇宙學中一個非常重要的概念性問題。弱引力猜測為回答這個問題打開了一個新的思路。這方面的工作受到著名宇宙學家A. Linde的關注。
發表學術論文多篇,參編著作1部。
出版專著:
《現代天體物理》參編
發表論文:
資料更新中……
1. 2000年獲中國科學院院長優秀獎。
2. 2010年獲韓國高等研究院優秀research fellow獎。
3. 2011年獲中國科學院盧嘉錫青年人才獎。
資料更新中……
浩瀚宇宙 快樂探尋
——訪中科院理論物理研究所“百人計劃”黃慶國研究員
2011年10月,瑞典皇家科學院決定將該年的諾貝爾物理獎授予保穆特,以及他的競爭對手布里安•施密特和亞當•里斯。他們“通過觀測遙遠的超新星,發現宇宙正在加速膨脹”。
“宇宙為何在加速膨脹”?天文學家為了解釋這一現象,提出了“暗能量”的概念。正是在暗能量的驅動下,宇宙出現了加速膨脹。“就像有一匹馬往前跑,有人拉著繩子把它往回拽,照道理來說它應該會越跑越慢,但是它為什么能跑得越來越快呢?”中科院理論物理研究所黃慶國這樣揭示“宇宙正在加速膨脹”所存在的謎題。
茫茫宇宙,蘊含著多少神奇的奧妙,自古以來,吸引了無數諸如愛因斯坦、牛頓、霍金和楊振寧等物理學家探索的腳步。“站在巨人的肩膀上”,黃慶國作為一名年輕的理論物理研究者,也在宇宙的海洋里樂此不疲地探索著。
宇宙的歸去來兮
有人說世界將終結于烈火,有人說將終結于寒冰
宇宙最終的命運是什么?自古以來,人類總是喜歡提出這樣或者那樣關于物質起源和終結的種種問題。正如黃慶國所說的:“這個世界最吸引人的地方是它是可以理解的。我們總是想理解紛繁復雜的現象背后隱含的最本質的物理規律是什么。就如同宇宙,我們總想知道它紛繁復雜的外表之下有什么無形的力量在推動其運轉。”
都說興趣愛好是學習的老師,從小就對自然科學神奇奧妙充滿著好奇心,喜歡閱讀愛因斯坦等科學家傳記,對科幻故事鐘愛有加的黃慶國,早早就種下了一顆要當物理學家的“夢想種子”。果不其然,天資聰穎的他打小理科成就就非常優異。最終于1995年以優異的成績考入中國科學技術大學近代物理系,跨出了實現夢想的第一步;2000年起,他進入中國物理研究知名院所——中國科學院理論物理研究所直接攻讀博士學位,畢業時以出色成績獲“中國科學院院長優秀獎”;2004至2006年,到中國科學院理論交叉研究中心從事博士后研究工作;2006至2010年,到韓國高等研究院,任research fellow,并榮獲該院優秀research fellow獎;2010年入選中國科學院引進海外杰出人才計劃回國工作,擔任國家理論物理重點實驗室暗能量和早期宇宙暴脹方向召集人,并于2011年初榮獲“中國科學院盧嘉錫青年人才獎”。他過去幾年的研究主要涉及暗能量,非對易時空暴脹模型,標量場弱引力猜測,以及原初曲率擾動非高斯性等方面。
關于宇宙學科的探討,黃慶國有自己的看法。他認為宇宙學主要就三個問題進行探討:一是宇宙究竟是由什么物質組成的,它的成分是什么?二是浩淼的宇宙究竟長的什么樣子,其結構是怎樣的呢?三是關于宇宙的歷史故事,大約在137億年前,宇宙在一次大爆炸中誕生,這么長時間,宇宙經歷過什么演變?發生過哪些事情?這些問題讓諸多科學家為之探尋,為之著迷。
據黃慶國介紹,二十世紀最重要的兩個物理基礎是量子力學和廣義相對論。愛因斯坦是這兩個至關重要的物理基礎的奠基人,而當前科學界發現這兩個重要理論放到一起會有矛盾,致使很多科學家相信破解這一矛盾之時必將是下一場新的物理革命開啟之日。最初,黃慶國熱衷于量子引力的研究,隨著研究的日漸深入,他發現早期宇宙和暗能量的研究或許是通往量子引力理論的一個途徑。
探尋“宇宙”之美
現代宇宙學基于一個由愛因斯坦提出來的宇宙學原理:宇宙是均勻各向同性的。當然宇宙學原理并不適用于宇宙的細節,而只適用于超過一億光年以上區域平均后得到的抹勻了的宇宙。在小尺度上宇宙是有結構的,比如太陽系,銀河系,甚至由很多星系組成的星系團都呈現出絢麗多姿的結構。宇宙學的一個重要的研究方向是要來回答這些結構是如何起源的。黃慶國的一項重要研究是原初曲率擾動的非高斯性,這將為最終回答宇宙結構的起源提供重要的線索。起初,人們對原初曲率擾動中存在的非線性效應并不重視,認為這種效應太小。隨著觀測技術的發展,人們驚訝地發現這種小效應也有可能被探測到。目前這一研究已成為早期宇宙學研究的核心問題之一。黃慶國首次解析計算了相互作用勢主導的曲率子模型所產生的原初曲率擾動的非高斯參數。提出N-vaton 模型,并計算了這個模型的曲率擾動。發現一般多場暴脹結束時產生的非高斯擾動的大小是由刻畫暴脹結束的場空間的幾何決定的,對未來模型構造極具指導意義。最近他還發現尺度無關的非高斯參數并非暴脹模型的一般性預言。因為他對這個研究領域的貢獻,曾被邀請到日本參加研討會并做專題演講。
宇宙加速膨脹所引出的暗能量研究難題向物理學提出了巨大的挑戰,至今無人能夠破解這一謎題?茖W家已經提出了若干想法。最簡單的辦法,就是重新引入愛因斯坦一度放棄的宇宙學常數。暗能量提供一種等效的斥力,斥力讓宇宙膨脹得越來越快。但是從物理上人們還完全不能理解宇宙學常數是如何起源的。一般認為它應當是量子場的真空能,然而基于目前對量子場論的認識計算出來的結果比實際觀測到的結果大了約120個數量級!結合多年對宇宙的研究,他和他的合作者共同提出在空間彎曲的宇宙中的全息暗能量模型,最早系統地研究了全息暗能量模型中唯一參數對狀態參數的影響,并從觀測上限制這個參數。他們還發現相較于宇宙學常數人擇原理明顯傾向于支持全息暗能量模型。這些研究成果構成了全息暗能量模型早期研究最重要的工作之一,受到國內外同行廣泛關注。
理論上有沒有另外一種對宇宙現階段的加速膨脹的解釋呢?答案是肯定的!通過修改引力在大尺度上的行為同樣可以用來解釋宇宙現階段的加速膨脹。接下來一個十分重要的問題是如何辨別哪種解釋才是正確!回國以后,黃慶國指導一名研究生在這個領域開展研究。他們鎖定在一類修改引力模型,并且通過計算發現宇宙物質密度擾動在這種引力框架下的演化不同于有暗能量的情形,因此提出可以通過觀測宇宙結構的細節來回答到底是暗能量還是修改引力導致宇宙現階段的加速膨脹。
概念性問題是理論物理中十分吸引人但又極為困難的研究課題。值得一提的是,黃慶國曾提出標量場的弱引力猜測,結合其他條件得出永恒暴脹不可能發生,那么也就不會存在多重宇宙的結論。是否存在多重宇宙是宇宙學中一個非常重要的概念性問題。弱引力猜測為回答這個問題打開了一個新的思路。
“科學頑童”快樂科研
“我不知道什么時候是在工作什么時候是在玩樂。”黃慶國引用1965年諾貝爾物理學獎得主、“科學頑童”——理查德•費曼的一句話來表明自己對科研的興趣。正因為有這樣的興趣,才讓他在科研攀登的道路上樂此不疲,持之以恒。
“其實宇宙物理并沒有人們想象當中的那么復雜、枯燥,我想之所以造成這樣的誤解是因為國內在這方面的科普還不夠。我覺得我們從事此項科研的科學工作者有義務去為普通老百姓做一些科普知識的普及,而當前也有很多優秀科學家在從事這一事業。近期,我受邀與國內其他同行一起合力編寫一本書《現代天體物理》,這是一本既可以給從事科學研究的人看的,也可以給公眾人物做一些科普介紹的書。我覺得我有義務去承擔起這件事情。”
回國后,黃慶國的各項科研工作都在有條不紊地進行著,包括團隊的組建也在短時間內初見成效。目前,他是國家理論物理重點實驗室暗能量和早期宇宙暴脹方向的召集人。“我希望能構建起一個結構合理而且活躍的研究團隊,培養一批能夠在宇宙學方面比較擅長的后續力量,以便迎接預計在2013年公布的PLANCK衛星觀測的宇宙學結果。我希望把我的學生帶到最前沿的科學工作中去,鼓勵他們去做一些跨越性的工作,以期能做出有國際影響的原創性成果。”
“我自認像是一個在沙灘上玩耍的孩子,發現了一些漂亮的石子或貝殼,而真理之大海仍然茫茫……”和牛頓一樣,黃慶國以孩童般快樂探尋的姿態在宇宙的廣袤天地里自由翱翔,而等待他的又將會是怎樣一種神奇奧妙的答案呢?
文章來源:《科學中國人》作者:黃雪霜 周珈慧 2012-3-26