斯隆得主，加盟复旦——又一顶尖科学家回国络绎科学

戴亮很少谈论自己看到了什么。他的大部分工作，处理的是看不见的东西。

戴亮是复旦大学天文与天体物理研究中心教授，理论天体物理学家，主要研究方向是黑洞、引力透镜和暗物质结构。他本科毕业于北京大学，后赴美国约翰斯·霍普金斯大学拿到理论宇宙学博士学位，又在普林斯顿高等研究院做了几年博士后研究。

2021 年，戴亮获得斯隆研究奖学金（Sloan Fellow）。这项奖学金自 1955 年设立以来，资助对象被称为北美最聪明的年轻科学家，历年得主中已有六十人后来拿到诺贝尔奖。随后他在加州大学伯克利分校任教。今年早些时候，他结束了在伯克利的工作，回到上海，加入复旦。

图｜戴亮（来源：UC Berkeley）

在伯克利的几年里，他主要的工作，是追踪星系团背景星系里那些被极端放大的恒星。星系团是宇宙中最强大的透镜，恒星本来太远太暗，不可能被单独看见，但当它恰好落在透镜的临界曲线附近，放大倍数能达到几百甚至上千倍，原本不可能被分辨的一个光点，第一次有了被单独研究的资格。这关乎宇宙怎么把光弯成一套测量工具，以及宇宙能不能提供配得上这套工具的极端观测对象。戴亮的工作，刚好踩在这两件事的交界处。

引力透镜：从现象到工具

引力透镜这个概念，普通人最熟悉的版本来自科普读物里那张图：一团星系挡在远处光源和地球之间，光线被弯曲，远处那个本该模糊一片的星系，被放大、拉长，甚至复制成好几个影像，环绕在前景星系周围，形成一个光环。这是爱因斯坦广义相对论最早被观测验证的预言之一，长期以来，它被当作一种天体现象来欣赏：宇宙偶尔会摆出这样一个姿态，提醒人们时空确实是弯的。

图｜哈勃引力透镜（来源：NASA science）

戴亮和同行们现在做的事情，是把这个现象倒过来用。光被弯曲的方式包含丰富的信息：弯曲了多少、往哪个方向弯、畸变的模式是什么样。知道光源原本的样子，再去看它被扭曲成什么样，就能反推出中间那团质量分布的细节，精确到光凭直接观测根本够不到的程度。挡在中间的那团星系或星系团，变成了一套天然的光学仪器，就像是一个宇宙级别的透镜镶在了望远镜和目标之间。

这套逻辑在引力波领域被推向了更极端的版本。引力波和光一样会被大质量物体弯曲，但因为它的频率低、相位保持得完整，被透镜化之后留下的痕迹和光完全不同。引力波因此会出现衍射和只有波动光学才能解释的复杂调制图案。

戴亮的一项研究专门讨论了这件事。如果一束引力波在传播途中被一团暗物质晕弱透镜化，弯曲的细节里会留下那团暗物质的质量、轮廓，甚至密度分布斜率的指纹。借助未来的空间和地面引力波探测器，这种被透镜化的信号有可能被用来检验暗物质是不是真的暗到完全不和自身发生作用，或者是不是轻到可以用波动行为去刻画。这次的观测对象，变成了观测仪器的一部分。

这些年，直接探测暗物质粒子的道路并不顺利。地下深处的探测器一次次刷新灵敏度上限，却始终没有等到那个决定性的信号。与此同时，不去找粒子本身，而是去研究它造成的引力效应，再把这些效应倒推回质量分布变成了更加重要的路径。

戴亮的工作大体是在这条路径上。星系团的弱透镜信号、引力波的透镜畸变、星系旋转曲线背后的质量分布，这些观测拼在一起，勾勒出暗物质粒子在空间中如何聚集、如何形成结构、在多小的尺度上还能保持团块状而不被抹平。这基于一个原本有点反直觉的判断：看不见，不等于无法测量。能不能测到，取决于它有没有在别的东西身上留下痕迹，以及人有没有办法把那道痕迹读解出来。

这种思路其实早有先例。海王星最初不是被看到的，是被天王星轨道的异常先算出来的。区别在于，今天这套反演要处理的数据量、要拟合的参数空间，复杂到只能靠大规模数值方法和统计推断去完成。

因此，暗物质研究越来越像是一门关于如何设计反演算法的学问。不过，海王星的例子里，天文学家至少可以反复观测天王星的轨道，等数据攒够了再计算。暗物质和黑洞并合留下的痕迹，往往只有一次机会。

宇宙提供了实验室造不出的条件

如果说引力透镜提供的是测量手段，黑洞并合、中子星碰撞这类极端天体事件，提供的则是那种手段需要匹配上的测量对象，而且是地球上任何装置都复制不出来的那种对象。

人造加速器能把粒子加速到极高的能量，但能做到的范围终归有限，造价和规模的限制摆在那里，短期内不会消失。黑洞视界附近的引力场强度、中子星内部的物质密度、双黑洞并合瞬间释放的能量规模，这些条件远远超出任何实验室能够企及的范围。

过去这类极端环境只能存在于理论推演里，直到引力波探测器开始稳定地捕捉到双黑洞并合的信号，这些原本只存在于纸面上的极端条件，第一次变成了可以被反复观测、反复检验的真实数据。

图｜粒子加速器（来源：space.com）

于是宇宙开始扮演起一个新角色：它不只是研究对象，也是一间实验条件远超人类工程能力的实验室，区别只在于这间实验室不能被人为设计和被控制，只能被等待，然后被尽可能精确地读取。

戴亮的角色也发生了转变，他现在更接近一个方法的设计者，决定该用什么样的反演算法，该往哪个方向去读那道被弯曲的光，才能把一团原本完全沉默的质量分布，变成一组可以被计算、被检验的数字。他研究的两类对象——星系团透镜、引力波透镜——恰好对应着光学和非光学两种完全不同的观测窗口，这种覆盖面本身，已经是学科转向的一个缩影。

戴亮的工作不是一个孤立的特例。天体物理学这些年都在从解释已经观测到的现象，变为主动设计该用什么方式去观测。这种转向首先来自数据规模的变化。大型巡天项目和引力波探测网络已经进入常态化运行，每天产生的数据量远远超过人工逐条检查的能力。

研究问题的性质也有所不同。过去，一个新天体被发现，科学家要去确认它的性质、归类、解释它为何存在。现在问题变成了怎么用。某种天体的某种物理效应，能不能被设计成一套测量装置，去回答一个原本测不到的问题。星系团变成透镜，黑洞并合变成探针，反映了同一种思路：宇宙中已经存在的极端结构和过程，除了是被等待解释的内容之外，还被当作可以调用的工具。

引力透镜研究真正改变的是宇宙本身的角色。宇宙不再只是一个等待被解释的对象，而是变成了一套可以被读取、被调用的系统。不过，前提是有人知道该往哪个角度去看那道弯曲的光。