在世界科學史上佔有重要地位的科學家（從左至右）：
            哥白尼、伽利略、開普勒、牛頓和哈勃。

   ─仰望星空如何改變世界？─(續) 文：*張雙南* 教授 

2.天文學研究奠基了現代自然科學兩大理論體系

開普勒三大定律是通過對大量的天文觀測結果進行歸納後，對當時的哥白尼日心說進行修正而產生的，可以說完全是一個天文學的研究成果。開普勒三定律對於牛頓力學理論體系的建立起到了決定性的作用，而牛頓力學是當時自然科學的第一個完整的理論體系。

愛因斯坦通過著名的電梯假想實驗，明確提出了萬有引力定律中的引力品質和牛頓第二定律中的慣性品質的等效性，也就是著名的等效原理，而這是廣義相對論的基石。牛頓的引力理論建立在平直的歐幾裏得空間，而愛因斯坦在利用等效原理找到了局部慣性系之後，使用相對論原理並且加上當時已經成功發展的描述彎曲時空的非歐幾何（黎曼幾何），建立了廣義相對論理論。

愛因斯坦的電梯假想實驗圖。乘客在自由下落的電梯（左一）裏面扔一個球出來，發現球和乘客一起運動，也就是在乘客的坐標系中既沒有引力也沒有加速度，和在沒有引力的自由空間漂浮的電梯（左二）裏面的情況一樣。乘客在靜止的電梯（右二）裏面扔一個球，球會因重力加速度下落，和在自由空間以同樣加速度上升的電梯（右一）中的情況一樣。這兩種情況都說明了引力和加速度的等效性，也就是引力品質和慣性品質的等效性。

使用廣義相對論能夠精確地解釋水星近日點的進動，所以廣義相對論的第一次驗證就是通過天文觀測進行的。廣義相對論的一個重要預言就是引力場中的光線偏折，而這個預言第一次得到驗證就是通過日全食的觀測，這個觀測確立了廣義相對論的正確性。

1666年，牛頓把通過玻璃棱鏡的太陽光分解成了從紅光到紫光的各種顏色的光譜，而這就是物理光學的基礎。在1814 年~ 1815年之間，天文學家夫琅和費在太陽光譜中發現了很多譜線。1885年，天文學家巴耳末發現了符合已知氫原子譜線位置的經驗公式。隨後對原子光譜的進一步觀測又發現了更多的譜線序列和經驗公式。

1913年，為了解釋氫原子譜線位置的經驗公式，玻爾建立了原子光譜的量子模型，成功解釋了原子譜線的經驗公式，奠定了原子物理的基礎，量子力學也從此誕生。波爾作為量子力學的奠基人，于1922年獲得了諾貝爾物理學獎。

因此天文學的觀測研究對於建立牛頓力學、驗證廣義相對論和奠基量子力學的實驗基礎都功不可沒，也可以說天文學研究奠基了包含牛頓力學的廣義相對論和量子力學這兩個現代自然科學的最重要的理論體系。

3.天文學研究促進了人類宇宙觀的七次飛躍

天文學研究對於人類的宇宙觀（或者世界觀） 具有不可替代的重要作用，促進了人類宇宙觀的七次飛躍。

第一次飛躍：日心說取代了地心說

日心說代替地心說，是人類認識宇宙的第一次飛躍，日心說中行星繞太陽運動這一基本思想的正確性完全得到了驗證。這一次飛躍的重要性在於，地心說隱含地支持了基督教（包括天主教）等宗教的基本教義，也就是神創造的人類和地球在宇宙中具有重要的中心位置。日心說代替地心說，則從科學上挑戰了這些宗教教義。

第二次飛躍：太陽系也不是宇宙的中心

人類認識宇宙的第二次飛躍是通過天文觀測得到的，不但地球不是宇宙的中心，就連太陽也不是宇宙的中心。那時人類認識的宇宙就是銀河系，卡普坦（Jacobus Cornelius Kapteyn，1851年~ 1922 年）通過測量超過45萬顆恒星的距離，得到了銀河系的結構，這就是卡普坦的“島宇宙”，這個“島宇宙”說明銀河系有著明確的邊界，而太陽系在稍微偏離銀河系中心的位置。而沙普利（Harlow Shapley，1885年~1972年），通過測量69個球狀星團的距離，得到的銀河系結構顯示，太陽系處於銀河系比較邊緣的地方。

儘管這兩個結果的細節有所不同，而且和現代的結果也有出入，但它們有一個共同的重要結果，就是太陽系不是銀河系的中心， 當然也就不是宇宙的中心。

第三次飛躍：銀河系不是整個宇宙

在20世紀初，關於觀測到的眾多“星雲”的性質，科學界有兩種截然不同的觀點。以沙普利為代表的多數派認為星雲就是銀河系內的天體， 銀河系就是整個宇宙。

而以柯帝士（Heber Doust Curtis，1872年~1942年）為代表的少數派，則認為星雲實際上是和銀河系一樣的“島宇宙”，處於銀河系以外很遠的地方，而整個宇宙則是由無數個這樣的“島宇宙”組成。為此，1920年4月26日， 在位於華盛頓美國國家科學院史密松學會的自然史博物館裏，這兩個派系舉行了一次激烈的沙普利——柯帝士世紀大辯論。但是這場辯論並沒有解決這個問題，因為辯論本身並不能解決科學問題，科學問題的解決只能通過科學研究來實現。

此後不久，哈勃（1889年~1953年）就通過進一步的觀測確認了這些星雲實際上是眾多遙遠的、但是形態各異的星系，很多都和銀河系類似，這有力地支持了柯帝士的基本觀點。到此時為止，人類認識的宇宙尺度突然變得極度地廣闊無涯，這是人類認識宇宙的第三次飛躍。

第四次飛躍：宇宙是膨脹的、非永恆的

由於哈勃觀測到的很多星系都非常暗，因此距離銀河系應該很遠。把哈勃的觀測結果直接外推，就會得到宇宙是無限的、永恆的，物質分佈是均勻的。但是奧伯斯（Heinrich Wilhelm Matth us Olbers，1758年~1840年）佯謬（奧伯斯佯謬實際上是現代宇宙學的發端，第一次定量地考慮了整個宇宙的行為）告訴我們，這樣的宇宙中，即使沒有太陽光，但是由於永恆宇宙中的每一個天體的光都會照到地球，黑夜也應該像白晝一樣明亮。（實際上在永恆和物質均勻分佈的無限大宇宙中，宇宙中任何一處接收到的光流強都是無窮大。）但是這個推論顯然和我們的常識不符，我們見到的黑夜是黑暗的，所以一定是什麼地方有重大問題！

到了1929 年，哈勃發現遠處的星系在退行，退行速度和距離成正比，因此宇宙在膨脹，反推回去就得到宇宙的年齡是有限的，更遠的光來不及到達地球，所以存在“視界”（稱為宇宙的視界）。宇宙空間相對於地球的巨大退行速度使得該距離以外的天體發出的光尚未到達地球，這就自然地解決了奧伯斯佯謬。 因此我們可見的宇宙必須是有邊界的，這是人類認識宇宙的第四次飛躍。

第五次飛躍：宇宙大爆炸

1965年彭基亞斯（Arno Allan Penzias，1933年 ~）和威爾遜（Robert Woodrow Wilson，1936年 ~）發現了宇宙大爆炸殘留的宇宙微波背景輻射，這和伽莫夫（George Gamow，1904年 ~ 1968年）的模型曾經預言的宇宙大爆炸留下的熱輻射一致，證實了哈勃膨脹是宇宙大爆炸的結果，他們也因此於1978年獲得了諾貝爾物理學獎。因此我們觀測到的宇宙不僅是有邊界的，而且也是有起點的，這是人類認識宇宙的第五次飛躍。

第六次飛躍：宇宙在加速膨脹

1998年，三位年輕的天文學家普爾穆特（Saul Perlmutter, 1959年 ~ )、施密特（Brian P . Schmidt，1967年~)和賴斯（Adam G.Riess， 1969年〜）通過觀測一類特殊超新星（la型）的光度隨宇宙紅移的變化，發現了目前的宇宙在加速膨 脹，確定了宇宙由未知的暗能量主導，並於2011年 獲得了諾貝爾物理學獎。

宇宙自大約140億年之前的大爆炸直到今天的演化示意圖。在大爆炸之後的初期，由於宇宙中暗物質主導，物質之間的引力導致宇宙減速膨脹。隨著暗能量占的比例越來越大，暗能量的排斥力使得宇宙的膨脹變成加速膨脹。

把他們的結果和其他天文觀測結果結合起來，可以得到宇宙從大爆炸開始 (約140億年之前）到今天的演化過程，以及在不同時期宇宙中的普通物質、暗物質和暗能量的比例的演化。今天宇宙中的普通物質、暗物質和暗能量分別占宇宙總的物質一能量的比例為4%、23%和 73%，但是物理學中最成功的粒子物理標準模型只能解釋其中僅僅占宇宙組成4%的普通物質，也就是說我們目前對今天宇宙成分的96%幾乎毫無所知。這既是物理學和天文學共同面臨的巨大挑戰，當然也是人類認識宇宙的第六次飛躍。

宇宙中的物質和能量組成。今天宇宙中的普通物質、暗物質和暗能量分別占宇宙總的物質—能量的比例為4%、23%和73%，但粒子物理的標準模型能夠解釋的普通物質只占今天宇宙物質和能量的約4%左右。

第七次飛躍：可能有其他世界和文明

儘管有大量的證據支持生命能夠從低級到高級進化，但是地球生命“種子”的來源目前仍然未知：可能產生在地球，也可能來自於太陽系其他行 星，也完全可能來源於太陽系外的其他行星。科學家們于1992年在一個脈衝星（中子星）周圍發現了第一顆太陽系外的行星，又於1995年在一個恒星周圍發現了第一顆繞著另外一個恒星運動的行星，至今已經在太陽系外其他恒星周圍共發現了超過700個行星。其中有些行星是“宜居”行星，很有可能存在生命，甚至髙級生命或者文明，這是人類認識宇宙的第七次飛躍。

目前，對於太陽系外行星的搜尋以及生命的探測已經成為天文學的重要研究前沿。我們有可能找到髙級生命能夠存在的其他“地球”，使得外太空移民成為可能；有可能找到我們生命的“種子”， 使得地球上的生命最終可以“認祖歸宗”；有可能回答人類在宇宙中是否孤獨這個問題；甚至可能真的和“外星人”交流！如今，人類已經開始努力搜尋外星人的通訊信號了。因此，所有這些已經不是科學幻想，也不是哲學的探討，而是實實在在的科學研究。

我想，人類認識宇宙的第八、九、十次飛躍是否都將來自於這裏？

4.重大科學發現的偶然性和必然性

天文學的研究成果直接導致了人類認識宇宙的七次大飛躍，這是非常偉大的成就，也是天文學這門古老學科一再成為科學前沿的重要原因之一。回顧這些科學成就，我們有必要問一個問題：這些成果是計畫的、規劃的，還是從事這些研究的科學家個體在開展這些研究之前就預期了這些成果？

問這個問題的一個主要原因是：在我們論證一些重大科學專案的時候，我們必須回答專案的預期科學成果，越大規模的專案，我們越需要明確說明預期成果的重要性。這當然很有道理，因為重大專案需要投入的資金和人力很大，如果不能說清楚預期的成果，自然就難以得到資助來實施，任何政府或者其他資助方都會有這樣的要求。

重大天文發現的偶然性

科學史明確地告訴我們，導致了人類認識宇宙七次大飛躍的重要科學成果的發現過程，都具有某種偶然性。在這些工作開展之前，無論是資助方還是科學家們，都沒有預料到會獲得這樣的科學成果，更沒有意識到這些成果會有如此重大的意義。儘管諾貝爾獎成果並不是每一個都直接導致了人類認識宇宙的大飛躍，而且也不一定是最重要的天文學成果，但是這些成果卻對20世紀的物理學發展帶來了重要的影響，也因此獲得了諾貝爾物理學獎。

事實上，除了2006年授予發現宇宙微波背景輻射各向異性的諾貝爾物理學獎之外，其他的天文學研究獲得的諾貝爾物理學獎的最初研究目的和最後獲獎的天文發現明顯不一樣，它們不但“不是”預期的結果，而且大部分的成果不是和預期結果“沒有關 系”就是“完全相反”。從研究類型看獲獎的理論研究成果數量遠遠少於觀測研究，這表明天文學研究的重大而且是開創性的突破主要來自於觀測研究，而這些突破大部分都不是預期的科學成果，也就是說大部分重大天文觀測成果的獲得，看起來都是偶然的。

既然大部分重大天文觀測成果的獲得看起來都是偶然的，那麼是否重大科學發現都是“瞎貓碰死耗子”？在總結了以往獲得重大天文觀測成果的研究項目後，我認為在這些看似偶然的成果背後，其實有三個要素構成了科學發現的必然性：1、專案提出，要求重要的目標加上可行的實現途徑，確保項目不會一無所獲；2、儀器設計，要求在某些參數空間必須有超越以前儀器的能力，確保具有新的科學發現能力；3、獲取結果，要求有堅實的基礎、寬廣的知識和對領域的全面理解加上突破常規的新思想。

其中前兩個要素是對專案本身的要求，也就是必須有“保底”的科學目標，同時應該具備做出新的科學發現的能力。而第三個要素則是對專案科學團隊的研究水準、研究態度和研究文化的要求。

一個科學專案在滿足了這三大要素的情況下，必然會做出新的科學發現，這是必然性。但是到底做出什麼科學發現、尤其是在新的發現空間裏面的預料之外的發現，則很有可能是偶然的，至少在天文學領域是這樣的。這正是偶然性和必然性之間的辯證統一。

那麼為什麼在重大的開創性天文發現中，大部分都是事先沒有預料或者計畫的呢？這是因為宇宙 和自然界太複雜了，而人的智慧太有限，科學家能夠預料或者計畫的成果一般肯定都是普通的成果， 也就是滿足第一要素的“保底”的科學成果。

愛因斯坦或許是人類歷史上最聰明、最有遠見和深刻洞察力的學者，但是他堅信宇宙中沒有黑洞（而這恰恰是愛因斯坦的廣義相對論的最重要預言之一）、 沒有暗能量（當時被稱為宇宙學常數，而這恰恰是愛因斯坦本人首先提出的），同時認為量子力學有基本錯誤（而他本人獲得諾貝爾物理學獎的光電效應理論恰恰證明了量子力學是正確的）。

因此在宇宙和自然面前，我們只能保持謙卑，人類能夠理解宇宙和自然已經非常了不起了。愛因斯坦曾經說過：“宇宙最令人費解的地方是她竟然可以被理解，試圖預言宇宙和自然會發生什麼則是可望而不可及的事情。”

但是預料之外的成果往往是重大成果，這是科學研究、尤其是天文學研究最引人入勝的地方。 但是要“碰上”這樣的成果，固然需要一點運氣，但是滿足後面兩個要素則是必須的。第二個要素保證了該項目有取得預料之外的重大發現的機會。但是這並不能保證獲得重大科學成果。我們知道很多歷史上和重大科學成果“擦肩而過”的故事，也有人明明做出了重大發現，但是自己渾然不知或者沒有膽量公佈，沒有做好“事後諸葛亮”，卻成為了“事後諸葛亮”的“馬後炮”，這都是缺乏第三個要素的後果。因此第三個要素是能夠最終兌現重大科學發現的保證，而這就是科學家水準的體現。

注：本文參考了南京大學李向東教授和《中長期科學與技術規劃戰略規劃研究》“第14專題組”的兩個報告。在本文寫作過程中得到了陳佳洱院士、閔乃本院士、蘇定強院士、王建民研究員的很多批評和建議。(2016-01-04 來源：財新網)

 

﹝簡介﹞：

張雙南，博士生導師，中國科學院高能物理研究所研究員，中國科學院粒子天體物理重點實驗室主任。

1984獲清華大學學士學位。1989年獲英國南安普敦大學博士學位。1989－1992美國賓西法尼亞大學博士後。2002-2009年四月清華大學特聘教授。中國天文學會副理事長。中國“十一五”空間科學規劃主要專家和統稿人。中國載人航太工程921二期有效載荷空間天文分系統負責人。獲國家傑出青年基金資助。2007年獲“趙九章優秀中青年科學獎”2008年入選教育部長江特聘教授。科技部973專案“黑洞以及其他緻密天體物理的研究”首席科學家。

張雙南1962年12月27日出生於確山縣城一個知識份子家庭，良好的家庭環境，使張雙南從小就養成了勤奮努力、刻苦鑽研的性格。

從小學到高中，張雙南的學習成績一直名列前茅，年年被評為三好學生。特別是他在上高中時，理科成績名列全校第一，歷次在地、縣舉行的物理競賽中獲得第一名的好成績。張雙南最感激的是他上高中（確山縣第一高級中學）時的物理教師，得益于老師的啟發誘導，耐心輔導，才使他慢慢地偏愛上了物理這門功課，這為他後來在高等教育學院學習、從事物理研究打下了堅實的基礎。

1979年，張雙南以優異的成績考入清華大學工程物理系，圓了他上大學的夢。這也是恢復高考以來，老區確山第一個考入清華大學的學生。張雙南在清華大學學習期間，十分珍惜這段寶貴的學習時間，他學習刻苦，孜孜不倦，有時，為了弄懂一個問題常常通宵達旦。同學們見張雙南這樣廢寢忘食的學習，就關切地勸他說："雙南，考上大學了還愁沒工作嗎”？你這樣學習會把身體搞壞的。張雙南總是笑著對他們說：“學習哪有累壞身體的，我會照顧好自己的”。其實張雙南心裏想的是：他來自老區，是老區人民養育了他，只有好好學習，珍惜這段寶貴的學習時間，才能為老區人民爭光。

1984年大學畢業後，張雙南又考入了中國科學院高能物理研究所讀碩士研究生。其間，他的指導老師就是譽為"中國的居里夫人"的著名物理學家何澤惠教授。何澤惠教授非常賞識張雙南在物理研究方面的勤奮和才識，在何澤惠教授的精心培育下，張雙南在學術研究上進步很快，只用兩年時間，便通過了博士研究生考試。

清華大學工程物理系本科畢業（1979－1984年）。/中國科學院研究生院高能物理所研究生（1984－1986年）。/英國南安普敦大學物理系博士畢業（1986－1989年）。

工作經歷

1.美國賓夕法尼亞大學博士後（1989－1992）。2.美國太空總署馬歇兒太空飛行中心及大學空間研究協會高級科學家（1992－1998）。3.美國亞拉巴馬大學亨次維兒校區助理教授、副教授（1998－2002）。4.清華大學物理系協定年薪特聘教授 (2002－至今)。

教學

1.美國亞拉巴馬大學(1998-2002)。2.大學本科“普通物理”（兩學期）、“理論力學”（一學期）、“近代物理”（兩學期）。3.研究生“高能天體物理”（一學期）。4.大學本科“天體物理前沿講座”（清華大學2002春季學期）。5.大學本科“普通物理”（清華大學2002秋季學期）。6.研究生“天體物理前沿前沿專題研討”（清華大學2002－2004每學期）。 

挑戰黑洞

1986年中國科學院高能物理研究所和英國南安普敦大學物理系開展一項技術合作項目，我國高能物理研究所派張雙南和一位副研究員一同赴英國進行為期半年的合作研究，在合作期間，張雙南淵博的知識和勤奮敬業的精神，使英國同行們深為敬佩和感動。合作進展順利，專案完成後，張雙南被留在英國，繼續攻讀博士學位，並獲得英國皇家獎學金。同時在英國南安普頓大學（SOUTH HAMPTOA UNI-VERSITY）獲得天文博士學位。1989年年底，張雙南從英國應聘到美國賓夕法尼亞大學，同年底到美國航天局太空總署馬歇爾飛行中心進行天體物理研究。在此期間，他發明了一新型圖像處理方法，並以此獲得美國"傑出科研成果獎"。

張雙南到馬歇爾飛行中心後，對天體物理的研究進入了一個新的階段，當時他的研究成果不斷在天體物理學界引起震動，令世界上許多著名的科學家對這位來自中國的年輕科學家刮目相看。1993年，他的研究論文在世界上最有權威的英國《自然》雜誌上發表。該雜誌與美國的《科學》雜誌齊名，是世界上最有名氣、最有影響的科學雜誌，在這兩本雜誌上發表論文，必須是世界一流水準，反映當今世界科研的最新成果。目前，我國兩院院士中只有少數科學家在這兩個雜誌上發表過文章。張雙南的論文能在該雜誌發表，已說明他在世界天體物理研究上有著很高的影響。後來，他借助美國太空望遠鏡發回的照片資料，在廣袤的宇宙空間不斷發現新的天體。通過進一步的研究，1994年他發現的兩個天體（黑洞）分別被命名為崐GRO1655-40和GRO--1915+105。

"黑洞"是一種特殊的天體，距地球非常遙遠。1998年，法國數學家、天文學家拉普拉斯在牛頓力學基礎上最早提出了天體中有"黑洞"的觀點。自從愛因斯坦提出其著名的廣義相對論之後，"黑洞"物理的研究已取得許多進展。儘管物理家們普遍接受在理論上"黑洞"的性質可以由三個物理量，即品質、自轉和電荷作完整的描述，但實際的"黑洞"卻不一定都同時具備這三個性質。"黑洞"具體的物理性質如何，這不僅對"黑洞"的形成和演化理論有決定性的檢驗作用，也有助於物理學家們進一步理解和驗證廣義相對論以及廣義相對論和現代量子力學的統一，後者是當今物理學界最重要的研究課題。

為了確定"黑洞"並揭示出"黑洞"的自轉規律，從1995年起，張雙南和另外兩位華裔科學家崔偉、陳莞一起，開始搜集黑洞資料資料。1997年2月份，正式構思"黑洞"旋轉的研究，他們應用掃描原理，探測天體形象和銀河系周圍的物質，包括對原先由張雙南發現並命名為GRO1655-40的"黑洞"的研究。由於"黑洞"本身不發光，於是利用銀河系中雙星系統的特性，和從數個人造衛星所收集的各X--射線資料，來勘測距"黑洞"最近一顆穩定行星的面積和轉速，從而推算測定出"黑洞"以每秒鐘十萬次的極快速度旋轉，在此項發現之前，宇宙間旋轉間最快的物體是Crab.pulsar，每秒鐘轉動33次。

根據愛因斯坦廣義相對論的推測，"黑洞"是因銀河中一個或群體星球的崩裂而造成的非常緊密而巨大的物體，且具有強大的引力磁場，任何東西包括光線在內都無法倖免被吸收。張雙南博士認為，帶有神秘色彩的"黑洞"一向是很難下定義的。目前僅能列出其品質、轉動及電核等三種特性。"黑洞"的品質以前已被確定，現在又發現了"黑洞"的轉動現象和測定其轉速的方法，不但證實了愛因斯坦所預言的"黑洞自轉"的理論，而且也在黑洞的研究方面向前邁出了一大步，這對天體物理學的研究，是一個極大的貢獻。

不久，美國權威學術刊物《天體物理學》發表了華裔天文學家張雙南、崔偉和陳莞的研究成果：率先觀察黑洞的自轉現象。論文一經發表，立即引起學術界和新聞媒體的巨大興趣，並在世界天體物理學界引起轟動，該研究成果被認為是現代天體物理研究中的重大突破。很快被《人民日報》、中央電視臺、中央人民廣播電臺相繼報導，一時間成為我國科技界及新聞媒體關注的焦點。

張雙南在科學上取得的這一巨大成就，充分顯示了炎黃子孫的聰明和智慧，為中華民族爭了光，贏得了榮譽，使他在世界天體物理學界聲名遠揚。很多國家的科學家慕名訪問他，同時他也多次在世界各地召開的天文學家學術會上作報告。美國的哈佛大學、哥倫比亞大學、馬里蘭大學以及日本等地大學的講壇上都留下了他的足跡。 

赤子情懷

張雙南博士雖然旅居美國十餘年，但作為華夏兒女，他熱愛著自己的祖國，熱愛自己的家鄉，他沒有忘記他是一個中國人，他說?quot;我永遠屬於祖國"。每當他取得新的科研成就，他都毫不保留地帶回祖國，為發展祖國的科學事業貢獻自己的力量。1996年以來，他先後多次回國，向祖國彙報他在科學上的成就，多次到中國科學院、清華大學、南京大學、上海交通大學、鄭州大學、香港大學等學院講學，作學術報告，進行學術交流，為促進中國的科技事業貢獻著自己的力量。

同時，他每次回國還到他的家鄉看望老師、親友，瞭解家鄉科技、教育的發展情況，到家鄉的學校講學，激發學生們的學習興趣，鼓勵同學們奮發讀書，立志成才，為國爭光。為培養我國的科研人才，他先後從國內招收6名博士研究生和一名訪問學者，指導他們進行科學研究。

如今，張雙南等3位科學家對"黑洞"的研究成果獲得了諾貝爾提名獎，同時又被列為世界十大科技進展的第5項  。 

研究領域：從事天體物理研究。

主要研究方向

1．黑洞雙星天體物理。2．中子星天體物理。3．活動星系核和類星體。4．伽瑪暴。5．資料分析方法。6．空間天文實驗。7．其他：宇宙學、星際介質、吸積盤、天體物理輻射機制、廣義相對。

獲得榮譽

1994年獲美國太空總署集體成就獎。

現任學術兼職

1.科學院粒子天體物理重點實驗室（掛靠高能物理研究所）主任。2.國家自然科學基金委員會數理學部學科評審組成員。3.國家中長期科學與技術規劃戰略研究基礎科學組骨幹專家和學術秘書。4.中國天文學會副理事長，空間天文與高能天體物理專業委員會主任。5.中國科學院國家天文臺學術委員會委員。6."Chinese Journal of Astronomy and Astrophysics"、“高能與核子物理”、“天文愛好者”編委。

學會會員

1.國際天文學會會員/2.中國天文學會會員/3.北京天文學會會員/4.美國天文學會會員