學術界的性别偏見和性别不平等現象由來已久。作為人類最前沿思想、科技的聚集地，學界中的女性卻時常面臨種種不必要的困境。為此，學界近年來積極推行平權，力圖消除各種負面的影響，但性别平等之路仍然是任重而道遠。
然而我們看到，即便在重重阻礙下，仍有許多傑出的女性科學家被看見，為推動人類科技的進步做出了不可磨滅的貢獻，也成為了一股必須被正視的“她”力量。為此，我們特意推出“看見她”系列，講述她們的故事。
剛剛過去的4 月 12 日是“世界航天日”。61 年前，27 歲的前蘇聯宇航員加加林乘坐“東方 1 号”飛船，在莫斯科時間 1961 年 4 月 12 日上午 9 時零 7 分發射升空進入空間軌道，在太空圍繞地球一周飛行 108 分鐘後傳回地面，完成了人類第一次征服太空的壯舉，開啟了人類探索太空的新紀元。
加加林 圖源網絡
人類的贊歌是勇氣的贊歌
盡管這前前後後的一系列壯舉可能是冷戰軍備競賽的間接産物，但自載人航天成為現實，全人類作為命運共同體對太空的向往達到了空前的狂熱。作為探索的終極聖地，太空承載了人類的勇氣和冒險精神，更在那個時代被賦予了濃郁的浪漫色彩。各種太空主題作品層出不窮，即使你不熟悉《銀河系漫遊指南》中“生命、宇宙及一切的終極答案”，也一定對《星際迷航》中的"Space, the final frontier……"有印象，或是對《星球大戰》激昂的主題曲耳熟能詳。
《生命、宇宙及一切》 道格蘭斯·亞當斯
1968 年，斯坦利·庫布裡克的電影《2001太空漫遊》(2001: a Space Odyssey)橫空出世，時至今日仍被認為是科幻電影中想象力、遠見和深度的巅峰。一位來自倫敦的年輕人看了之後有感而發，随後于次年仿照影片标題創作了《Space Oddity》（太空怪談），其中虛構的人物“Major Tom”激起了無數人心中的熱望，他就是大衛·鮑伊。歌曲發行9天後，也就是在 1969 年 7 月 16 日，阿波羅 11 号發射升空，才有了後來阿姆斯特朗在月球上的名言：“這是我個人的一小步，但卻是全人類的一大步。”
大衛·鮑伊 知乎
"Major Tom"在太空中無目的地飄浮時唱道："Planet Earth is blue, and there's nothing I can do……"而自阿波羅登月以來，科技的進步從早期探索試驗性質的人造衛星，到後來多用途、長壽命、低成本、高可靠性的實用衛星；從近地軌道的國際空間站建成使用，到航天飛機的出現乃至商用，人類航空航天發展到今天已經有了質的飛躍，并且其應用已經進入到了每個人生活的方方面面。其中最明顯的，可能莫過于我們每天都在使用的定位與導航了。不論你用的是高德還是百度，選的語音包是林志玲還是沈騰，其背後都是美國的 GPS 全球定位系統，歐洲的伽利略衛星導航系統，俄羅斯的格洛納斯全球衛星導航系統，以及最重要的，我們國家自己的北鬥衛星導航系統。
汽車導航 Pixabay
“北鬥鬥柄所指，
即是回家的方向”
談到北鬥，就不得不提到徐穎。身為中國科學院光電研究院研究員、導航技術研究室副主任，徐穎長期從事北鬥衛星導航系統相關建設工作，以完成工程任務為主線，在衛星導航及其增強技術方面開展了系統的算法理論和工程應用研究工作。憑借如此種種，徐穎作為“遠見者”成功入選 2017 年《麻省理工科技評論》“35 歲以下科技創新 35 人”中國名單。
徐穎 徐穎
前後經曆了北鬥二代應用、北鬥三代組網衛星首發等，徐穎談起北鬥似乎總有說不完的話。她曾講到，作為“後起之秀”，北鬥相比 GPS 等其他系統有一個最大的優勢就是它的短封包服務，發展到今天，北鬥已然是全球唯一一個可以同時提供全球短封包和中國周邊大容量高并發短封包通信的全球衛星導航系統，可以在移動通信信号無法覆寫的地區或是在通信基站遭受嚴重破壞的情況下提供緊急通信。從北鬥一号的短封包系統撐起了 2008 年汶川地震時的緊急通訊開始，北鬥二号和三号将這一特色功能保留下來并做了大幅優化，通信能力大大提升。比如使用北鬥系統的漁民出海時，可以使用短封包功能聊天，遇到危險時更可以第一時間向附近的海警發短訊。定位不是終點，定位後能發求救資訊才是關鍵。這也是徐穎在建構以北鬥為核心的國家 PNT（定位、導航、授時）體系時重點研究的問題。她表示，物聯網、人工智能等當下被看好的技術，其未來應用都離不開基礎資訊網絡的支撐，而北鬥提供的導航與通信深度融合的特色服務就是其中不可或缺的一環。
北鬥衛星導航系統 北鬥
北鬥的其他優勢諸如星間鍊路、混合星座等還有很多，在降低了對地面設施依賴的同時，還提高了精度、可靠性以及覆寫效果。除此之外，北鬥還有另一個核心優勢就是它的超高精度定位技術，這一技術也入選了2021 年《麻省理工科技評論》“全球十大突破性技術”。權威釋出：《麻省理工科技評論》2021年“全球十大突破性技術”在北鬥系統目前廣泛使用的方法中，一種是實時動态（RTK）定位，精度可達 3cm 以下；另一種是精确點定位（PPP），也可以達到厘米級别的精度。超高精度定位為北鬥打開了全新的應用可能性，目前已用于各地山體滑坡易發地區地表的細微變化監測，成功預警了多次滑坡災害等，使得居民得以提前撤離；此外，它還可以服務于精細化的天氣預報，助力環境監測和環境保護等各行各業。要問北鬥能做什麼？官方回複是：北鬥應用隻有想象的限制，沒有能力的限制。
徐穎 國科大抖音
除了投身于北鬥衛星導航系統的科研和建設工作，徐穎更是對北鬥系統的宣傳和推廣起到了不可或缺的作用。緊跟國家“科技創新、科學普及是實作創新發展的兩翼”的号召，她參加了多檔熱播的科技類電視節目，并在中國科學院大學官方抖音号 @國科大 上以脫口秀的形式對大衆進行系列科普，目前已吸引超過 3200 萬人次觀看，被網友盛贊為“北鬥女神”；《人民日報》更發文稱：“科普需要更多徐穎。”
她說
“寰宇蒼穹，星羅棋布，北鬥是來自兩萬公裡外的忠誠守護。”
目前，徐穎繼續在北鬥衛星導航系統的工作中耕耘，主要研究方向包括行人航位推算(PDR)以及城市中“都會峽谷”(Urban Canyon)和“多路徑效應”（Multipath）等問題的應對方式，一如既往地從貼近生活的角度擴大北鬥系統的應用方式和場景，提高應用效率。這個時代的"Major Tom"，也許該改口"Planet Earth is blue, andthere's so much we can do"了。
北鬥星 Pixabay
中國天眼
我們看得比誰都遠
地球上的導航給我們的生活帶來諸多便利，但在沒有給定坐标系的茫茫宇宙中呢？如果要為深空旅行提供定位導航和授時，我們需要類似地球上經緯度的東西作為參照，而脈沖星就是目前最有希望的發現之一。是以，脈沖星的發現和觀測就成為了航天事業極其重要的一環。那麼，脈沖星是什麼呢？我們又要如何才能“看到”它們？脈沖星本質上是一種自旋非常快的超高密度天體，其輻射來自于自身強大磁場的極冠區。幸運的是，當脈沖星輻射信号在極冠轉到地球視線方向的時候，我們就可以通過射電望遠鏡捕捉到其脈沖信号。
脈沖星射電輻射示意圖 姚蕊
她說
“脈沖星就好比是一個非常準的時鐘，若能發現信号比較穩定的脈沖星，就等于為深空探測提供了一個很好的基準。”
如果說以前我們需要在夜晚去尋找宇宙中的星星，那麼射電望遠鏡無疑賦予了我們一雙強化的眼睛，可實作超遠距離、全天候的天文觀測，而目前世界上單口徑最大的射電望遠鏡不在别處，就是我們中國的FAST(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope)，是一台500 米口徑的球面射電望遠鏡。而給這一“中國天眼”點上“瞳孔”的，正是其中的代表人物之一，中國科學院國家天文台 FAST 工程青年研究員、現任 FAST 運作和發展中心機械組組長姚蕊。
姚蕊與 FAST 結緣甚為奇妙，早在攻讀碩士時就在做 FAST 的饋源支撐研究了，而 2010 年博士剛畢業，姚蕊就正式加入了南仁東教授的“中國天眼”科研團隊，并在短短兩年内被任命為FAST 饋源艙的負責人，當時她隻有 28 歲。要知道，饋源艙是“中國天眼”最核心的部件之一，饋源是指望遠鏡用來接收宇宙信号的裝置系統，而饋源艙則用于安放這個系統。每每談及此，姚蕊都對南仁東教授欽佩不已，說自己從南教授身上不僅收獲了偶像的力量，更得到了信任的力量，因為正是南教授不拘泥于年齡和資曆，力主讓青年才俊的姚蕊獨當一面。
南仁東 人民日報
雖然當初在設計時對标的是美國阿雷西博(Arecibo)望遠鏡（當時世界上最大的射電望遠鏡，口徑 305 米），FAST 建成後卻大大超越了前者，一舉成為目前全球最大單口徑、靈敏度最高、綜合性能最強的射電望遠鏡，沒有之一。這樣的成就得益于“中國天眼”的三大技術自主創新：
FAST 射電望遠鏡 FAST 項目
- FAST 所在的貴州省黔南州的喀斯特巨型窪坑地形具有天然球形特征，作為台址減少了大量的建設工程，良好的電磁環境更是射電望遠鏡的“好家園”；
- 自主研發主動變形反射面技術，将原本設計中的球面（阿雷西博采用的設計）改成抛物面進行信号彙聚，大大減輕了整體架構和饋源艙品質，且提高了信号接收效率；
- 采用光機電一體化技術，自主研發輕型索拖動饋源平台和并聯機器人，實作接收機的高精度指向追蹤；
Stewart 平台（六杆并聯機器人）
FAST 項目
其中第 3 點也就是姚蕊主攻的方向。她和團隊在比較了多種選擇之後确定了6 索并聯機器人的饋源艙設計方案，并創造性地采用了雙直線輪代替卷揚機中的螺旋輪、轉動輪代替固定輪等方案，既固定了柔性并聯機器人的出索位置，簡化了數學模型，又提高了饋源艙控制的精度。最終的成果是一台自主研發的兩級并聯機器人作為饋源高精度指向結構：世界上最大的索并聯機器人（跨度達 600 米）牽引一個重達 30 噸的饋源艙，在 140 米以上的高空，207 米範圍之内實作饋源定位，結合饋源艙内大型 Stewart 平台（六杆并聯機器人），實作了饋源 10 毫米的定位精度。最終的方案不僅滿足了饋源艙在 5 個方向上的高速、靈活運動，也将對望遠鏡觀測效率的影響降到最低。
FAST 饋源系統 姚蕊
作為“中國天眼”的“守艙人”，姚蕊十幾年如一日地深耕這一領域，為大陸天文觀測及航空航天事業做出了突出貢獻，作為“先鋒者”當之無愧地入選了 2018 年《麻省理工科技評論》“35 歲以下科技創新 35 人”中國名單。
姚蕊 姚蕊
自 1967 年發現第一顆脈沖星至今，人類一共發現了 2700 多顆脈沖星，而 FAST 從 2016 年 9 月落成啟用到 2020 年 1 月通過國家驗收，短短四年間便發現了300 餘顆脈沖星，甚至包括毫秒脈沖星，為中國乃至全球天文科技發展貢獻了重要力量，為今後的星際導航打下了堅實的基礎。除此之外，FAST 的強大性能還可以幫助研究人員探測暗物質、測算黑洞品質、探索宇宙的起源等等，甚至還能發現未來可能适合人類居住的星球。
在姚蕊看來，FAST 射電望遠鏡的作用，就是幫助人類從宇宙的白噪音中，更靈敏地分辨出有意義的聲音。
FAST 的夏天 姚蕊
她說
“它可以接收到 1351 光年外的電磁信号，可以從雷聲中聽見蟬鳴。”
中原標準時間 2021 年 3 月 31 日零點，“中國天眼”正式面向全世界開放，接受全球科學家的觀測申請。這是FAST 這一“大國重器”對“科學無國界”的鄭重承諾。
引力波：不一樣的星空
如果說上面的射電望遠鏡是人類目前最尖端的宇宙觀測手段之一，那下面的聽起來就幾乎是科幻的範疇了。
事實上，大多數人首次聽說引力波(Gravitational Wave)，可能都是從知名作家劉慈欣的科幻作品《三體》中得來的。“重劍無鋒，大巧不工”，“面壁者”羅輯在玩世不恭的外表下避世隐居，作為“面壁者中最平凡的一位”，卻最終悟出了猜疑鍊和著名的“黑暗森林法則”，并利用引力波廣播系統建立起了黑暗森林威懾體系，做了“執劍人”，以一己之力對抗三體入侵 54 年。
《三體：黑暗森林》 劉慈欣
那麼，這個讓全世界無數科學家着迷的引力波到底是什麼呢？為什麼它可以向全宇宙廣播一個坐标資訊？這要從最開始說起。愛因斯坦于1915 年提出廣義相對論，并在1916 年發表，其中就預言了引力波的存在。廣義相對論中，引力被認為是時空彎曲的一種效應，而引力波則是時空彎曲中的漣漪，通過波的形式以光速從輻射源向外傳播，這種波以引力輻射的形式傳輸（耗散）能量。換言之，引力波是物質和能量的劇烈運動和變化所産生的一種物質波。
廣義相對論的時空統一體 網易
實際上，即使是人的走動也會産生引力波，而根據能量守恒定律，引力波一定會帶走品質或是能量。講到這裡，可能有人會産生某些大膽的想法了，比如引力波減肥是否可行？然而，人走動産生的引力波實在是過于微弱，精密儀器都無法測出，更别提“減肥”了……事實上，哪怕是地球繞着太陽公轉産生的引力波，其輻射能量也隻有區區 200 W，與偌大的地球相比幾乎可以忽略不計，也無法被目前最先進的探測儀 LIGO 觀測到。
自廣義相對論發表以來，無數科學家都前赴後繼地試圖去證明乃至探測到引力波的存在。那麼，如此費盡心思去尋找引力波，究竟是為了什麼呢？事實上，到目前為止我們對宇宙進行的所有探索與研究都是建立在分析電磁輻射的基礎之上的，比如光學望遠鏡與射電望遠鏡。但是，宇宙中的很多物質已經超越了電磁輻射的範疇，僅僅通過對電磁輻射的分析來了解宇宙，就隻能看到宇宙的表象，永遠也接觸不到宇宙的本質。
而引力波則有着兩個非常重要且獨特的性質，一是不需要任何的物質存在于引力波源周圍，這時也就不會有電磁輻射産生；二是引力波能夠幾乎不受阻擋地穿過行進途中的天體。這樣的性質決定了它能夠攜帶更多無法通過電磁輻射等傳統方式觀測到的天文現象資訊，可以帶給我們有關宇宙運轉的全新認識；同時，引力波還能提供一種觀測極早期宇宙的方式，這也是在傳統的天文學中不可能做到的。
引力波示意圖 新華網
上世紀 70 年代，萊納·韋斯(Rainer Weiss)受到引力波實驗科學的啟發，提出了基于邁克爾遜幹涉儀原理的引力波雷射幹涉儀探測方案，也就是今天全球最先進的引力波天文台高新 LIGO (aLIGO)的雛形；1983 年，美國國家科學基金會(NSF)成立由萊納·韋斯、基普·索恩(Kip Thorne)和羅納德·德雷弗(Ronald Drever) 三位科學家組成的指導小組，開展 LIGO 的可行性研究。1994 年，LIGO 終于收到 NSF 3.95 億美元的長期資助，開始 LIGO 台站的建設；到 2002 年，LIGO 開始進行引力波的搜尋。直到十幾年後 LIGO 得到重大更新，才終于在2015 年 9 月 14 日實作人類史上首次直接探測到引力波，并于2016 年釋出。這一發現被證明是 13 億年前一個雙黑洞碰撞合并事件發出的引力波，它的直接探測也成為了驗證廣義相對論最後也是最重要的“缺失拼圖”。
雙黑洞碰撞與引力波探測 LIGO
從愛因斯坦的預言到實際探測到引力波，中間經過了剛好 100 年的時間，少不了無數科學家的汗水與努力，而對于剛好在 2015 年上麻省理工學院博一并加入 LIGO 項目的于皓存來說，這是一個極其幸運的開始。在那之後，她還經曆了 LIGO 乃至人類史上的另一個重磅事件，也即美國東部時間 2017 年 8 月 17 日 8 點 41 分，一個被命名為GW170817的引力波信号被 LIGO 合作組織探測到，标志着人類第一次直接探測到壯麗的來自雙中子星并合産生的時空漣漪（引力波及其伴随的電磁信号），人類終于不僅“聽到”還“看到”了引力波的信号。在此期間，于皓存也飛快地成長，很快成為了 LIGO 中的佼佼者。她在 2017 年至 2019 年間帶領了壓縮真空态在 aLIGO 中的安裝和啟用工作，實作了壓縮真空态在高新 LIGO 探測儀中的首次使用，這大大提升了探測儀的靈敏度——50 赫茲以上可達 1.4 倍（即 3 分貝），并使得 aLIGO 在其第三次觀測運作中提升了 50% 的預期探測速率，将事件捕捉頻率從每月提升至每周都能發現引力波。
雙中子星并合想象圖 NSF & LIGO
2020 年，通過将高強度壓縮真空态注入至 aLIGO 探測儀，于皓存首次直接觀測到了 200 千瓦雷射在 40 千克反射鏡上所産生的量子輻射壓力噪聲效應(QRPN)。這證明了量子反作用和海森堡不确定性原理在宏觀人類尺度上依然成立。LIGO 的設計靈敏度由量子噪聲主導，而于皓存利用 aLIGO 中強光力系統耦合所産生的量子關聯(quantum correlation)，實作了室溫下千克級反射鏡位移測量中突破 “标準量子極限”(SQL)的量子噪聲，這是“量子非破壞技術”(quantum nondemolition technique)在引力波探測儀中的首次實際應用，大大提升了探測儀的靈敏度。
LIGO 探測原理示意圖 LIGO
憑借以上種種，現為麻省理工學院實體學博士後學者研究員的于皓存作為“遠見者”入選 2021 年《麻省理工科技評論》“35 歲以下科技創新 35 人”中國名單。
于皓存 于皓存
在進行如此前沿的基礎科學研究的同時，于皓存也常常會被問到，引力波到底有什麼用？對此她的回答是，基礎科研本身就帶有滞後性，引力波現在的實際應用是非常有限的，僅在天文領域有着重大意義。但就如同一百多年前的電磁波一樣，當時有人問麥克斯韋電磁波這東西有什麼用？麥克斯韋說，“我現在确實不能告訴你它到底有什麼用，但是我們可以拭目以待”。也就是說，她相信引力波終究會成為改變世界的力量之一。
她說
“人類一直緻力于尋找一種統一的描述這個世界的理論，我也是一樣。”
狹義相對論将品質和能量等價，放到同一個方程當中，而廣義相對論更進一步把時間和空間也拉到了同一個體系中，人類對世界的認知是在不斷進步和加深的。而首次将量子力學現象帶到了宏觀人類尺度的于皓存在談及個人研究方向和終極目标時表示，目前重力場的大尺度宏觀世界和小尺度的量子領域各成一派，各自的理論研究是完全分開的。她希望将這兩個領域結合起來成為同一個體系，是以稱自己的研究方向為"Quantum Gravity"（量子重力），希望多做一些量子領域和重力場互相交疊的部分的研究，将更多量子領域的現象帶到宏觀尺度來，反之亦然。
“時空漣漪”中的愛因斯坦 知乎
“宇宙最不可了解之處，
就在于它是可以被了解的。”
——阿爾伯特·愛因斯坦
仰望是一種姿态
與星空無關
人類從洞穴中走出，爬過山頭，然後第一次見到了火。我們跨過汪洋大海，開墾蠻荒大陸，還要夢想一飛沖天。人類的曆史就是一部充滿冒險的奧德賽。我們為什麼仰望星空？隻因為它是下一站。
英國名菜黑暗料理“仰望星空” 圖源網絡
鹹魚都這麼拼，
你有什麼理由不擡頭仰望？
世界發展需要科學，而女性是推動其發展的不可或缺的中堅力量。
自 1999 年以來，《麻省理工科技評論》每年都會從世界範圍内遴選 "35 歲以下科技創新 35 人"（MIT Technology Review Innovators Under 35，簡稱 TR35），堪稱科技領域最權威的青年人才評價體系之一。2017 年，TR35 中國評選正式推出，目前已曆經五屆，其中每年都不乏優秀的青年女性科學家成功入選。
【正在報名】
2022 年"35 歲以下科技創新 35 人"中國的報名火熱進行中！歡迎 35 歲以下的中國（包括目前在海外的華人）青年學者、科研工作者、發明家、科技創業者等報名參選，同時也向社會各界征集候選人提名，共同尋找最有可能改變世界的 35 人。
【咨詢郵箱】
參考資料：
1.https://ieeexplore.ieee.org/document/9386073
2.https://ieeexplore.ieee.org/document/9340362/references#references
3.http://science.china.com.cn/2022-04/11/content_41931511.htm
4.https://www.ligo.caltech.edu/page/about-aligo
5.https://baike.baidu.com/item/%E9%BA%A6%E5%85%8B%E6%96%AF%E9%9F%A6%E5%A6%96/618888?fr=aladdin
6.http://webhome.auburn.edu/~smith01/notes/maxdem.htm
8.https://www.sohu.com/a/227998584_614840
9.https://www.zhihu.com/question/23724276
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13.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1629514353775267838&wfr=spider&for=pc
14.https://xuewen.cnki.net/CJFD-GWDT200502009.html
16.https://zhuanlan.zhihu.com/p/30216737
18.https://pansci.asia/archives/43586
22.https://people.ucas.ac.cn/~0023545
24.https://www.bilibili.com/video/BV17t411n7dF
27.https://www.sohu.com/a/63002277_224832
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