最近两天，德国科学界喜事成双，连获物理和化学两枚诺奖。

10月6日，2020年诺贝尔物理学奖授予三位科学家，除了英国数学物理学家彭罗斯之外，德国马普地外物理学研究所所长根泽尔和美国科学家加州大学洛杉矶分校教授盖兹，因为“发现银河系中心有一个超大质量致密天体”也同样获奖。彭罗斯证明了一般性的黑洞；而根策尔和盖兹，则在宇宙中真正地看到了确凿无疑存在着的天体级别黑洞。

第二天，两名女科学家则继续获得诺贝尔化学奖，德国马普病原体科学研究所主任卡彭蒂耶(法籍)和美国加州大学伯克利分校教授道德纳，表彰她们在基因组编辑方法研究领域作出的贡献：CRISPR/Cas9基因剪刀—重写生命密码的工具。

同一时间，同一机构，连获物理和化学两枚诺奖，一举成为世界的焦点。

这就是德国马克斯·普朗克科学促进学会科学（简称马普学会MPG）。

测量，精确地测量，更加精确地测量

德国慕尼黑近郊嘉兴（Garching）的马普学会地外物理研究所所长根策尔带领的研究小组用高精度方法观察了银河系中心的黑洞-包括来自黑洞附近的气体爆发出的亮度，以及该质量怪兽在流星的照耀下引起的引力红移。

莱因哈德·根泽尔和安德里亚·盖兹通过探测恒星环绕中心黑洞的周期来推断中心黑洞的质量。用天体物理学的方法——也就是用光学望远镜，发现在很小的区域里面，有些恒星的质量超大，达到了数百万倍的太阳质量。距离银河系中心最近、最亮的那些恒星的轨道被越来越精确地绘制出来。他们各自领导了一个天文学家小组，从上世纪90年代初开始，就一直致力于研究银河系中心一个名为人马座A*的区域。两个研究小组的测量结果一致，他们都发现有一个质量非常大的不可见物体，它牵引着这一团恒星，使它们以令人眩晕的速度四处乱窜。

图1 银河系、太阳系和银河系中心的人马座A* （来源：马普学会官方网站）

根泽尔和他的小组近年来在银河系和银河系地外物理学中取得了一些开创性成果。例如：2001年，研究人员通过红外线检测到距离我们约26,000光年的银河系的心脏。以高空间分辨率绘制了中央星团中恒星的运动。借助自适应光学器件来补偿空气湍流和称为散斑干涉法的过程，他们能够精确地测量假定的黑洞引力场中的星速，直至0.1弧秒的距离。由此，根泽尔和马普地外物理研究所的天文学家确定了黑洞的质量，其精确度非常高，约为431万太阳质量。

根泽尔小组的进一步研究表明，星系中心恒星的质谱和几何形状都不寻常。科学家还发现了红外范围内的辐射爆发，这些辐射可能源自黑洞内部吸积盘附近的气体。仅在去年，根泽尔才首次成功地在恒星上演示了所谓的引力红移。天文学家使用诸如重力，Sinfoni和Naco之类的敏感仪器来观测银河系中心。它们都属于欧洲南方天文台（ESO）的超大型望远镜，是在马克斯·普朗克地外物理研究所的指导下建造的，并用红外光对天空进行了构图。

科学家们将重力和Sinfoni的位置和速度测量结果以及早期对S2恒星的观测结果与牛顿引力物理学，广义相对论和其他引力理论的预测进行了比较。实际上，新结果与牛顿的预测相矛盾，但与广义相对论完全吻合。

这些测量清楚地显示出一种称为引力红移的效应：来自恒星S2的光被黑洞的非常强的引力场拉伸到更长的波长，因此显得微红色。波长的这种变化与爱因斯坦广义相对论的预测完全吻合。这是研究人员第一次观察到恒星绕超大质量黑洞运动时，对较简单的牛顿重力理论预言的一种偏离。

同样在2018年，根泽尔发表了一篇论文，关于观测银河黑洞附近的亮度爆发。研究人员看到了三个这样的耀斑。它们都具有相同的轨道半径和相同的轨道周期。这三个热点耀斑在银河系中心的运动可以用一个简单的轨道模型来解释，该轨道模型的半径是黑洞事件视界半径的三到五倍。根泽尔小组发现，气体以光速30％的速度在其周围回旋-与理论描述完全相符。

直到今年春天，由马克斯·普朗克主任领导的一个团队才有了另一个重大发现：对S2恒星轨道的多年观察表明，它在太空中并没有保持静止，而是缓慢均匀进展。这意味着，S2旋转数圈会形成玫瑰花冠的形状。爱因斯坦（Albert Einstein）在他的广义相对论中也预言了这种效应。例如，他解释了众所周知的水星轨道的自转。

这是通过重力仪器获得成功的发现，该仪器将欧洲南方天文台（ESO）超大型望远镜的所有四个八米反射镜的光线结合在一起。得益于这种称为干涉测量的技术，重力可以产生具有有效直径130米的虚拟望远镜的功能。

图2 太空中的玫瑰花冠 （来源：马普学会官方网站）

观测首次显示，绕银河系中心的超大质量黑洞运行的恒星的运动与爱因斯坦的广义相对论所预测的完全相同：呈玫瑰花冠的形式。该图充分说明了恒星轨道的Schwarzschild进动（为了更好地理解原理，此效果图被放大）。

精确测量银河中心黑洞的质量是对天体物理研究开创性的突破和贡献。黑洞是广义相对论最重要和最早的预言，是天体物理领域最重要的观测结果之一，也是宇宙中最令人着迷的天体。自上世纪70年代以来根泽尔几十年专注于该领域，乐此不疲。他在接受采访时说接下来更大的愿望是制造更强大的测量工具。测量，精确地测量，更加精确地测量，这句话是他的同事2005年诺贝尔物理学奖获得者马普学会量子光学科学家西奥多跟他说的。只要有奇妙的测量，就可以期待获得更多精确的结果。

图3 精确的测量 （来源：马普学会官方网站）

在运行过程中，各种仪器使用巨大望远镜拍摄了人马座A *周围S2轨道的数据点（左图上方的黑叉）。

中国北师大天文系张帆教授认为，彭罗斯的奇点定理是促使黑洞成为天文观测目标的理论奠基石。在彭罗斯之前，天文界的主流观点其实是黑洞在宇宙里多半不会真实存在。后来，彭罗斯用特别有新意的数学方法证明：即使对称性被破坏，黑洞也还是会形成。这开创了所谓广义相对论在沉寂数十年后的黄金时代，也逼迫天文界认真地把黑洞当成一个靠谱的观测目标去寻找。超大质量黑洞的成功观测，不仅是因为发现了一个新类型天体而意义不凡，同时也为我们提供了当代天文学的一块基石。

北京师范大学物理学系副教授张宏宝进一步指出：广义相对论是爱因斯坦通过思想实验发现的，许多外行因而难免对此将信将疑，所谓眼见为实。因而在过去一百年来，广义相对论一直不怎么受待见。现在得益于各种天文观测数据的积累。随着引力波的探测、黑洞照片的拍摄，在这些证据面前，人们不得不被广义相对论折服。

名门代出

根泽尔用30年的观察数据和探测结果，证实了黑洞的真实存在，以前只是一个猜测：银河系中心有一个黑洞。黑洞是很难认识到的一种存在（如无），黑洞又是吞噬一切时空的地方，任何物质靠近它就消失了（真无） 。测量黑洞的存在，可以说是“从无到无”的过程。这一发现之所以令人赞叹，是因为它证实了爱因斯坦的广义相对论，也因此证实了引力原理。可以说，这是在试验物理学和天体物理学两方面同时证实了黑洞存在和爱因斯坦的广义相对论（1915）。在新闻发布会结束时，他谦逊地强调说：“这也算不了什么。成功不应该导致人们现在就入睡，你必须持续努力工作。”——真是够励志的。

图4 庆贺因黑洞获得诺贝尔奖

根泽尔的父亲也是马普学会的，是固体物理研究所的创始主任，因此孩童时代就对物理学产生了浓厚的兴趣。根泽尔在获得博士学位后移居美国，先是哈佛，然后到伯克利。在那里，他在诺贝尔物理学奖1964年得主的研究小组工作。然而最终，接受马普学会邀请回到德国。吸引他的是“马普学会的超自然可能性”，研究的自由氛围以及“在这里可以规划20年的时间”。

根泽尔担任马普学会地外物理研究所所长，领导红外和亚毫米波天文学系部门的研究工作。同时，他还是美国伯克利加州大学的教授，自1988年以来，他一直是慕尼黑大学物理系的名誉教授，在那里他长期与同事们一起从事许多科学项目，例如开发大型天文望远镜仪器。

马普学会的前世今生

马普学会属于大学以外的基础研究机构，是德国基础研究领域的领先机构之一。类似于中国科学院。

马普学会拥有86个研究所和研究中心，致力于自然科学、社会科学和人文科学的基础研究。与大学合作，又独立于大学。处理的研究目标由于其跨学科性或所需的大量资源而无法由其他基础研究机构实现。

在德国的机构研究资助的多轨系统中，马普学会专门专注于前沿研究-主要针对创新的研究方向。研究结果服务于大众，旨在创建卓越研究领域，为大学，学院和其他研究组织的研究提供富有成效的补充。目的是在大学和其他研究组织的研究之外，为某些研究领域的优秀研究创造优先次序，指明方向。

根据国家获奖人数统计，至2020年美国377位，英国130位，德国109位。按照世界获得诺贝尔奖机构排名， 39人在加利福尼亚大学工作期间获得了诺贝尔奖，加州大学的诺贝尔奖获得者人数最多，哈佛大学有37名获奖者，马普学会排名第三，共35位获奖科学家，为德国贡献了三分之一的诺贝尔奖，当之无愧是德国和世界的顶尖科学研究机构。

表1 马普学会的诺奖获得人数 （来源：马普学会官网）

马普学会MPG于1948年正式成立，前身是威廉皇家学会（KWG），成立于1911年，在成立仪式上由诺贝尔奖获得者进行主旨演讲“化学和生物学的最新成就和问题”，这是一个充满意义的开端。历经两次世界大战，1946年二战后，德国分裂为东西德国，西德也被分割占领，威廉皇家学会在当时英国占领地，英国不同意沿用威廉皇家学会这个名称，于是以量子物理学的共同创始人马克斯·普朗克（Max Planck）的名字命名，并沿用了威廉皇家学会会徽精髓，马普学会会徽也是密涅瓦。密涅瓦人是战术战争，造船和智慧的罗马女神，被尊为知识的守护者以及诗人和老师的保护者。学会是一家非营利性研究组织，其法律形式为注册协会制，总部位于柏林，主席和总署则驻慕尼黑。

截止到今天，马普学会（1946-2020）获得20枚诺奖，加上其前身威廉皇家学会的15枚，马普学会至今共有35位科学家获得诺贝尔奖。

相对论的千里马与伯乐

二战结束时，柏林威廉皇家学会研究所，开辟了一种全新的工作模式。根据巴伐利亚州，巴登-符腾堡州和黑森州之间在柏林就建立德国研究型大学达成国家协议。1947年成立了德国研究机构资金。到1953年西德威廉皇家学会其他机构都逐渐被新成立的马普学会接管，纳入马普学会同一体系中，而马普学会将自己视为威廉皇家学会的继承者和继承人，直到1960年威廉皇家学会才最终解散。

普朗克是一名成绩非凡的德国物理学家，1918年诺贝尔物理学奖获得者。他是物理学领域第一个提出量子假设的人。1900年，为了解释黑体辐射的实验结果与经典理论的矛盾，普朗克提出物体的能量状态并不是连续的，而是量子化的。普朗克开创了物理学的一个新时代——量子时代。

普朗克在柏林担任了37年的教授，带过的二十多名博士生中，许多人后来都成为杰出的科学家，其中有三名诺贝尔奖获得者。普朗克曾担任普鲁士科学院的“常任秘书”，并逐渐成为“当代物理学的中心人物”，对他而言，重点不仅在于其自身的研究，更重要的还在于整个物理学和科学的发展。

1905年，普朗克读了爱因斯坦撰写的《运动物体的电动力学》一书（该书的重要性，当时还远不为人所知）。随后几年中他也致力于研究相对论。普朗克致力于提携爱因斯坦，并确保后者的工作得到必要的重视。早在1906年3月，他就在柏林物理学会做过演讲，并与爱因斯坦保持着联系。

普朗克自从当选普鲁士学院常任秘书长之后，就试图将爱因斯坦带到柏林，但当时爱因斯坦却宁愿留在瑞士，并拒绝君主制。1913年初夏，普朗克专门前往苏黎世看望爱因斯坦，并成功邀请后者在柏林大学新学院任教并担任学术成员和教授。此时一战爆发，在魏玛共和国战后时期的动荡中，作为德国物理学最高权威的普朗克给他的同事们发出一个口号：“坚持不懈，继续努力”（意思是要求科学家们专注于科学研究）。当爱因斯坦的相对论在1920年左右以越来越大的侵略性而被公众抹黑并且爱因斯坦也遭到人身攻击时（犹太人和犹太科学家遭到歧视），尽管普鲁士文化部提出了建议，但普朗克拒绝了由科学院发表声明，坚持赞成爱因斯坦，并公开发表对爱因斯坦及其理论的辩护。

二战期间，普朗克不得不离开柏林，他柏林的房子也被炸毁。战争结束后，威廉皇家学会改名，正式更名为马克斯·普朗克学会。而普朗克则被任命为名誉主席。

个人学术自由

马普学会坚守原则，威廉皇家学会首任主席在1909年成立备忘录中，就提出了几项学会必须坚持的原则：“要成立的研究所从一开始就不应专门化，相反，更多的应该通过指导其学者的个性和科学过程来接受自己特定的工作方向。执行主任（所长）在作为研究人员方面应该取得巨大成功。这些研究所应为年轻学者创造尽可能多的工作职位。”哈纳克认为，有了这样的人员结构，这些研究所将能够“应对所有新的科学问题和需求”。马普学会至今依然坚守这些原则。这些原则是威廉皇家学会在20世纪上半叶成为世界上最成功和最受尊敬的研究组织之一的前提。

而个人学术自由的原则，成为马普学会的第一原则。

根据这一原则，每位科学家都根据自己的学术水平决定自己的研究目标和道路，并具有不同的自由度。马普学会采纳了其前身威廉皇家学会的组织原则，并以当代方式加以实施。

☆ 从董事会及其主席到研究组组长再到博士后和博士候选人的各个级别的优秀人才的选择；

☆ 个人学术自由的原则，根据这一原则，每位科学家都根据自己的学历水平决定自己的研究目标和道路，并具有不同的自由度；

☆ 通过不断的更新来保持高度的机构灵活性和创新能力，保持新兴的，在科学上特别相关和有希望的研究领域。

马普学会的这些原则基于广泛的财务，机构和与内容相关的自主权。还体现在其作为协会的法律地位，及其学术自我管理的结构中。深远的自治，同时要保证科学实践符合最高道德和专业标准并符合所有相关法律法规的方式加以执行，不辜负公众和公众捐助者信任的唯一途径，而这种信任是整个组织以及每位员工必须遵守的义务。

其科学吸引力是基于对研究的理解：研究所负责人和研究组带头人要在全球领先的研究人员中推选，被任命后，他们可以确定自己的研究主题，并可以自由选择员工。当然，这种巨大的自由被国际独立专家的定期评估程序系统所抵消。

马普学会由其各自的主席代表参加所谓的科学组织联盟，在各个联盟中，德国研究机构的高层定期进行咨询和意见交流。

马普背后的德国教育

在1948年成立时，马普学会由25个研究所和研究中心组成，预算约为700万马克（按今天的货币购买力大约为1810万欧元）。到2017年，研究所的数量为84个研究所和机构，其中5个在国外。而在2019年马普学会的总预算为24.98亿欧元，比2017年大涨40%。可以说，马普学会非常有钱，预算充沛。

马普学会资金中约有95%来自公共财政拨款，由联邦和州政府公共资金支持。其余5%来自会员费，捐赠和学会的收入。除了常规拨款，联邦政府和共同出资的州还可以批准所谓的特殊资金。而《研究与创新公约》则通过不断增加预算来提供研究经费的保障。

战略创新基金：根据“德国研究基金会国际体系评估委员会和马普学会”的建议于2002年设立的“战略创新基金”，为马普学会的若干计划提供资金。资助计划涉及例如“密涅瓦计划”中的妇女平等，通过“马普公开课题研究小组”促进年轻人才，与大学合作的“马普研究员”计划以及“马普”的国际合作中心”。2011年，战略创新基金的规模为9090万欧元。

教育、研究和创新是德国未来的主要行动领域。研究经费是联邦教育与研究部（BMBF）的主要优先事项之一。德国科学教育部为各种机构提供资金，通过单独与联邦州或其他合作伙伴一起支持的研究机构和资助组织。德国联邦教育部2025规划，国家财政提供的研究经费至2005年提高到国内生产总值的3.5%。这一目标有望提前实现，2020年上半年统计已经达到3%的水平。采用相关科学自主权来确定对有前途的基础研究领域投入研究资金，招募世界上最好的科学家，并在许多研究领域中发挥领导作用。

德国的特点是研究领域多样。研究是在非大学机构、大学、联邦机构（部门研究）和私人组织进行。联邦科教部为各种设施和资金机构提供永久性资金保障，也为一定时期内的项目提供资金支持。这些永久性的机构资金，部分来源于联邦资金，部分来源于各州政府，或其他合作伙伴共同资助。

多元化交叉，则是德国研究机构的一个重要特点。马普学会的生物医学科学部门，由27个马普研究所和7个研究机构组成，这些机构反映了生命科学的“全貌”。尽管存在这种多样性，但涉及12个研究所的神经生物学仍是“总体研究重点”。如化学-物理-技术部门由32个马普研究所组成，其工作可以分为“三个广泛的领域”：物质、复杂相互作用和新型光科学。

国际化招揽人才

马普学会的国际化程度非常高，也获得了全世界的认可。2006年，非大学研究机构在《泰晤士报高等教育增刊》排名中将其评为全球最佳非大学研究机构。根据同一学术同行的评论，它在全球技术研究中排名第三，仅次于AT＆T和Argonne国家实验室。

虽然历史上的成就辉煌，但面对日益激烈的全球竞争，特别是前沿研究领域的结构必须考虑国际化和全球发展。国际化必须在内部和外部同时推进。因为全世界90%以上的知识都来自德国以外。因此，这不仅涉及将人才带入自己的国家，还涉及参与跨境创新网络和交流。在全球竞争中，将根据可能做出的最大贡献的标准选择合作伙伴。在科学合作伙伴的选择方面，他们的效率和声誉起着决定性的作用。马克斯·普朗克研究所是最受欢迎的合作伙伴，其研究人员参与了120个国家/地区的5000多个前沿和基础研究项目。马普学会的所有出版物中，几乎有三分之二是国际合作的成果。

53.9%的科学家是外国国籍-比例很高，这主要是由于国际马克斯·普朗克研究学院的计划有意从很大程度上吸引许多国际博士生和科学家，开展广泛的国际交流与合作，截至2019年12月31日，海外员工总配额为32.8%（2019年统计）。马普学会工作及其合作很多是跨学科的基础和前沿研究，国际合作广泛而深入。

马普学会和中国科学院早在1974年，就开始建立合作机制。1978年，中科院与马普学会签署了合作协议，确定双方在更广泛的科技领域和更大规模上进行深入的合作。中国科学院-马普学会计算生物学伙伴研究所成立于2005年10月，是双方合作共建、联合资助、共同管理的一个国际化研究机构。这也是马普学会在德国境外建立的首家合作研究机构，是中国一个独具特色的崭新研究所类型。2016年12月中科院—马普学会再生生物医学联合研究中心在广州成立。在去年10月，双方“低频引力波天文学和空间引力物理”联合研究项目年度学术研讨会，也在德国波恩举行。双方的互动交流合作还是比较广泛。

马普超过一半人来自其他国家。由于后继研究人才缺乏，必须从全世界招人，才能保证科研力量。例如柏林获得化学奖的那位女科学家也是法国人，做出突破性研究的时候，当时并不在德国。德国科研已经意识到，只有通过国际化，而不是只吃老本，才能在未来科学胜出。

小记：何以反复“诺”

马普学会是一个令研究人员向往的地方：充足的研究经费，宽松的研究环境和氛围，顶尖的国际研究人员，研究项目自主选择的自由，以及广泛的国际合作机制，这些都让那些执着而痴迷的科学探索者，获得了个人创造力的最大释放。

作 者

倪道钧：中德工业技术有限公司，佛劳恩霍夫制造技术和自动化研究所IPA、无损检测研究所IZFP合作伙伴，微信号为daojun988

林雪萍：北京联讯动力咨询公司总经理，天津大学兼职教授

鸣谢崇德投资王炜先生给与的支持

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