强基培源|从“米格达尔效应”到《三体》顾问,专访国科大刘倩
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2026-09-01 01:30:38

亲自上门对湖北2026年高考双胞胎考生“家访”,让中国科学院大学物理科学学院教授、博士生导师刘倩再次出现在公众视野。就在不久前,由国科大科研团队领衔、首次实验证实的前沿成果“米格达尔效应”也成为2026年北京高考物理大题素材,刘倩便是其中的科研牵头人之一。

1939年,苏联物理学家阿尔卡季・米格达尔首次提出米格达尔效应。此后几十年间,全球顶尖实验室轮番攻关,始终没能直接证实。如今,刘倩和同伴们靠自主创新的硬核技术解锁这把“钥匙”。今年初,国际顶级学术期刊《自然》刊发该重磅成果。此前,刘倩也曾因担任《三体》电视剧的科学顾问,被大众熟知。

中国科学院大学物理科学学院教授、博士生导师刘倩。 受访者供图

“大学课程和高中差别巨大。高中三年物理书可能才这么薄一本,大学一个学期半年就这么厚一本书,还只是一门课。你们要在8月提前预习。”不久前,在家访时,刘倩对双胞胎考生说的话,引起了网友们的关注,纷纷致电、留言寻求“预习材料”。近日,新京报记者专访了刘倩。

“很好玩。”刘倩笑着说。他告诉记者,平时带着一群国科大的青年人才搞科研其实并非一件枯燥的事,兴趣爱好会驱使大家努力解决物理世界的一个个未解之谜,这才是科研工作者保持持续研究的秘诀。

对话:

谈验证“米格达尔效应”——

是“无心插柳柳成荫”

新京报:你作为牵头人之一,和团队在《自然》杂志发表成果,首次实验证实了“米格达尔效应”。当时为什么要牵头做这项研究。我看到公开报道曾指出,这项被理论预言近90年的效应曾经只是“注脚”,为何现在会有至关重要的作用?

刘倩:米格达尔效应是在1939年提出。当时,量子力学刚建立不久(量子力学于1933年建立)。87年间仅有间接实验证据,一直没能实现直接探测。

但随着科学研究的推进,暗物质作为现代物理学的“两朵乌云”之一,它到底是什么我们并不知道,但又明确地从宇宙学的观测知道它一定存在。因此,随着科学家在暗物质探测领域的深耕,人们发现米格达尔效应对轻质量暗物质探测可以有很重要的作用,因此我们希望能够验证这个效应真的存在,就可以据此来进行暗物质探测,这是一个逻辑的闭环。

用科普的语言来说,米格达尔效应能放大“小信号”,未来会更容易地去探测到轻质量的暗物质。

新京报:验证它的最大难点是什么?

刘倩:国际上有很多的实验设计都在尝试验证这一效应,但至今(截至该团队宣布验证“米格达尔效应”前)没有明确看到这一现象。因为这个信号很微弱,需要很精密的“照相机”拍到这一核外运动画面,才能验证效应真的存在。

我们都知道核子很重,原子所有的质量都在原子核上,而电子又很轻,要同时把一个很粗的核子径迹和一个很细的电子径迹拍下来,是很有挑战性的。

新京报:公开报道中提到这项成果不仅填补了基础物理的空白,还为轻暗物质探测提供了关键支撑。这项研究就是0到1的过程。你提到国际上很多课题组都在搞这项研究都没有成功,其实在成功率无法估量的情况下,如何坚持科研直到实现这0到1的突破?

刘倩:其实我们的课题组(注:粒子物理与核物理实验课题组)有很多个研究方向。当时,我们在做“中微子和原子核的相干散射”这样一个实验,这个实验也很好玩(笑)。

在这个过程中,我们课题组聚集了一大帮中国科学院大学的本科生,他们都非常喜欢这个课题,也喜欢相关的研究内容和研究方向。

一起工作时,我们就发现米格达尔效应是研究中微子和原子核相干散射过程的本底(注:本底是指在测量或分析中,背景条件下产生的、非目标信号或噪声的数据)。我们注意到了米格达尔效应,它其实在中微子这个研究中是可以忽略的本底,但我们不满意的是,这个理论没有实验验证。

我们据此深入调研发现,国际上也还没有相关的实验能够验证它。比如英国、美国和日本都有相关的课题组希望验证它。既然现有的设计都没有成功,我们就提出了一个完全不同的实验方案,进行了实验。当然,运气也很好,我们把它给观测到了。

0到1就是这么来的——对某一个课题的深入研究,引出了这样的成果,可以说是无心插柳柳成荫了(笑)。

谈科研进高考题——

同学们要“拨开现象看本质”

新京报:2026年的高考考生即将入学,谈到高考,这一效应也出现在了今年高考北京物理卷的压轴题中,你怎么看待这件事?

刘倩:我也是从媒体报道上才知道“米格达尔效应”上了高考题,第一反应是开心,当时就发了朋友圈。

同时也蛮惊讶的。高考是不考量子力学的,我个人认为,米格达尔效应从物理角度来说,本质是“两体碰撞变成多体碰撞”的问题,如果以牛顿力学作为抓手,考题本身是没有超纲的,碰撞的过程可以用牛顿力学解释,计算量也不大。

只是这道考题套上了前沿研究的衣服,在紧张的高考答题实践中,考生必须学会抽丝剥茧,看到现象的本质,而不是被外表的名词迷惑。

这很像我们做科研,我们在科研时也经常涉及多个学科间的交叉融合。你会发现每个学科用的术语和专业词汇是不一样的,但很多本质上是相通的,只是它们在不同的研究范畴里,有不同的表达形式。这时需要同学们有“拨开现象看本质”的能力,熟练地应用自己掌握的知识,去解决这项可能没见过的问题。

高考是一个指挥棒,但我更希望同学们能通过这道考题灵活运用好自己的知识和能力。

新京报:我注意到这道考题最后一个问题是开放性的:“国科大科研团队首次实验证实了米格达尔效应,请谈谈将此类前沿科学成果引入高考试题,对你的启示。(至少写出两点)”作为研究者本人,你怎么回答这道“大题”?

刘倩:最后一个问题把物理题变成作文题了(笑)。得知研究进考题,惊讶之余,我们也开了一个玩笑——至少这个研究(验证米格达尔效应)上教辅书了——对于中学同学们来说,以前教材上很多都是国外科学家的研究成果,现在可以看到我们更多本土科学家的研究成果了。这些不论是科普还是试题,对增强同学们的家国情怀是有帮助的,试题有很好的育人效果。

中国当下的发展势头越来越好,在变幻莫测的国际形势下,我们还能够安心地做自己感兴趣的科学研究,本质上是因为中国强大了。

谈青年人才培养——

做别人没做过的就格外有干劲

新京报:对于课题组的研究,你用了“很好玩”三个字,在这之前,我们很多人都会认为搞科研是非常枯燥的,为什么“很好玩”?

刘倩:首先,我们课题组每个人的兴趣都不一样,从老师的角度讲,我们给了每个小朋友很自由的选择,他可以选择自己感兴趣的方向做研究。同时也会支持他们做这些工作时参考国内外前沿的研究现状、给予规划和建议。

在其中,我们最喜欢做的事就是“头脑风暴”,大家一起大开脑洞,思考哪些研究是别人没有做过的,我们如何从更不一样的角度做这件事。别人没做过的,我们做起来就格外有干劲儿,而不是简单地重复。

新京报:我关注到刚过去的国科大2026年毕业典礼上,校长周琪格外提到了你团队中的两位毕业生,这是否是学校以及团队对青年人参与科研的鼓励?国科大有哪些培养机制?

刘倩:这是学校对青年人参与科研的鼓励。周琪校长重点点名表扬的两位应届毕业生易涤凡和苏晨,分别是该项目成果的第一作者和共同作者。这两位小朋友都非常优秀,都在国科大从本科入学到博士毕业。

我们国科大一直以来的重要思路是:倡导把同学们放到重大的科研任务中历练。学生们入校后自由转换专业,自由选导师,找到自己感兴趣的方向。我们给予其平台,让他们敢于提出自己的想法,允许他们试错,以实现科学创新。

新京报:你提到“看着浩瀚的星空不断思考”,这其实非常理想化,但理想和脚踏实地之间如何平衡?

刘倩:我提到偏哲学的问题并不是“阳春白雪”,只是说这个世界上这么多人,总会有一部分人在思考这个问题,大家各自有分工。

大学“大”这个字不仅仅是字面意义上的大,不是教室空间大、学校面积大。“大”是“自由和包容”,它要允许你各种各样的思想和选择。当我们放开了同学们的自由选择,我们发现选择做物理学科基础研究的学生和热门的人工智能、计算机专业的学生数量差不多。大学要完全支持同学去做自己想做的事情,这才体现了“大学之大”。

谈科研——

要有把板凳坐热的觉悟

新京报:都说基础研究是漫长的,是“坐冷板凳”,你怎么看?

刘倩:(思考良久)要有把板凳坐热的觉悟。我个人看法是,对自己感兴趣的研究,并不存在冷板凳这一说。我们不仅从兴趣出发,也锚准国家重大需求做研究。

对于青年人,唯一能够支撑大家继续往前走的就是兴趣和爱好。

新京报:基础研究周期长,完成米格达尔效应验证的同学们在毕业时有了很多机会,但对于从事基础研究的更多青年人来讲,如何客观判定基础研究的学术价值和实用价值,以吸引他们进入科研工作?

刘倩:对,我们之前也有个笑话,说有个天文学博士研究某一颗星,结果这颗星在他博士毕业前爆炸了(笑)。

星没了,这是说科学研究并不一定会成功,会试错,但走错路也很重要。文章发表的就是我们走正确的那条路,但走错的那条路其实更重要,以后大家不会往错的方向走了。

我们允许年轻同学们做创新尝试就是给他们试错的机会。我们要求本科生从大二大三开始参与科学研究。我往往给他们的题目都比较大,有的是诺奖级别的,一方面希望他们有比较高的视野,另一方面他会在研究中了解自己所学领域要解决什么问题,有了学习的方向感;而本科毕业论文时,会给他们安排小的、踏实肯干就能解决的课题,让他们知道不要好高骛远,得从小事做起。

如此,在研究生阶段,他做自己真正感兴趣的某个课题或方向时,就不觉得在“坐冷板凳”。

失败并不可怕,失败可以验证我们的方式方法,往本质的理解更近了一步。

谈物理强基——

基础研究是技术革新的源头

新京报:谈到基础研究,从你的角度来看,物理领域的基础研究是什么?和数学有什么关联和区别?

刘倩:这个话题稍微有一点点大(笑)。我认为,物理就是研究万事万物的根本道理,它的核心目标就是追问我们这个物质世界最底层的运行规则。

简单来说,我们要发现、验证、描述自然界的底层法则是什么。比如,我研究粒子物理,可以看到这是往一个极小尺度的探索,但事实上往小了走,反过来又关乎整个宇宙的演化,是极大的探索;米格达尔效应是暗物质的探索,但暗物质又是在天文学观测中看到的,即通过底层运行规则,推翻旧识、建立新的物理图像,这就是物理科学的基础研究。

大家会探讨这种基础研究有什么用?其实不一定马上看到实用价值。回想富兰克林 的“风筝实验”,当时也没有什么用。而如今的技术革新都是与电直接相关的。其实,物理科学研究和应用物理不同,基础研究是技术革新的源头。

如果说物理基础研究和数学基础研究的关联和区别,我认为,数学是所有自然科学研究的基础,也是我们所有的科学物质研究的基础。

新京报:物理基础研究还存在哪些堵点?

刘倩:这需要具体问题具体分析,我们不管是从技术角度、计算的角度和电脑计算资源的角度,有很多研究可以留给大家去突破的。正如 古希腊哲学家芝诺 的“知识圆圈说”——其用“圆圈”比喻知识,圆内是已知,圆外是未知;圆圈越大(知识越多),周长越长,与未知接触的边界也就越大。

因此,物理基础研究越往前走,堵点就越多。比如对撞机要有更高的能量,需要有更高精度的探测装置……

新京报:对于有志于从事物理基础研究的年轻人,你认为最重要的素养是什么?如何塑造学生的物理思维方式?

刘倩:首先我认为是求真的好奇心和接纳失败的韧性。

每个从事物理基础研究的人都经历过做了很长时间研究一直没有成果。因为基础研究往往是面向未知、没有标准答案,韧性就很重要。

其次要紧跟国际前沿。拿我们做米格达尔效应研究来说,当时通过调研发现国际上已经有美国、英国和日本三个实验组在做类似的研究,我们没有借用人家的研究方案,自己思考了更优的解决方案。

新京报:如何看待物理学科的高大贯通培养?物理可以“超前教学”(初中学高中知识,高中学大学知识)吗?

刘倩:这一点我没有特别大的发言权,个人认为,尊重孩子的兴趣蛮重要,但这说起来容易做起来很难。如果谈超前教学,我认为孩子学有余力是可以的,物理超前教学一定不是广泛开展的,家长们对孩子总会有更高的期望和期待,但要针对某些孩子因材施教——钻研未尝不可,但不能作为一个教育范式。

新京报:前几天在看望湖北的一对双胞胎学生时,你提到了大学教育和高中教育的不同之处,对于广大高考学子来说,如何做好“高大衔接”?对于不少暑假就在提前深耕高等物理的学生来说,是否就能在大学期间“弯道超车”?

刘倩:大学的课堂不是要求做偏题、怪题,而是要求你掌握这本教材里、学科里重要的基础知识,跟着老师的讲解,理解并抓住这门课关键的知识点。因为做科学研究时,我们要调研的文献也是浩如烟海,当然人工智能当下对于我们在文献研究中提供了很大帮助。

我是湖北宜昌招生组的负责人,自然要对我招来的学生进行家访,也带了资料建议他们做预习。没想到新闻播出之后,好多其他省的家长和招生老师跟我要这套资料(笑)。

我家访更重要的是要提醒他们在开学前收收心,因为国科大的学习难度还是比较高的,提前做一下心理建设。我希望告诉同学们,中学和大学的学习是两个完全不同的模式,希望大家能够培养自己学习能力。

谈跨界与展望———

科研用纳税人的钱,我们有向大家汇报的义务

新京报:你担任《三体》电视剧科学顾问的经历广为人知。从“为杨冬设计一个让她崩溃的实验数据”这个具体任务出发,当科幻遇见真实物理,你们如何平衡艺术想象与科学严谨?这个过程让你对科学传播有什么新的理解?

刘倩:这是一个非常有意思的经历。当时我们其实也做了一些妥协,努力说服自己,它是一个科幻的设定,按真实世界不可能成立。但我们也尽量给杨冬设计真实的物理研究。这个过程让我对科普工作者有了更深层次的敬意,更加体会到了科普工作的不易。

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