楊振寧反對、丘成桐贊成，到底中國該不該建超大對撞機？
2016-09-05 09:40:47 n
由于丘成桐與王孟源近日的辯論中，涉及到了當代最重要的物理學家之一、1957年第一位華人諾貝爾獎得主楊振寧教授，楊教授9月4日授權科普公眾號“知識分子”公布他的意見。
中國今天不宜建造超大對撞機
楊振寧
8月29日微信公眾號《老顧談幾何》中有一篇文章，題目是《丘成桐：關于中國建設高能對撞機的幾點意見并回答媒體的問題》，講到他（丘）贊成中國建造超大對撞機，而我（楊）反對，他難相信。其中一段如下：
這些實驗背后的基礎理論都用到楊先生的學說。每一次突破后，我們對楊先生的學問更加佩服！所以說楊先生反對高能物理需要有更進一步的發展，使人費解！
丘教授的理解有誤！我絕不反對高能物理繼續發展。我反對的是中國今天開始建造超大對撞機，原因如下：
（一）建造大對撞機美國有痛苦的經驗: 1989年美國開始建造當時世界最大對撞機，預算開始預估為30億美元，后來數次增加，達到80億美元，引起眾多反對聲音，以致1992年國會痛苦地終止了此計劃，白費了約30億美元。這項經驗使大家普遍認為造大對撞機是進無底洞。
目前世界最大對撞機是CERN的LHC。2012 年6000 位物理學家用此對撞機發現了Higgs粒子，是粒子物理學的大貢獻，驗證了“標準模型”。LHC的建造前后用了許多年，建造費加上探測器費等等加起來一共不少于100億美元。高能所建議的超大對撞機預算不可能少于200億美元。
（二）高能所倡議在中國建造超大對撞機，費用由許多國家分攤。可是其中中國的份額必極可觀。今天全世界都驚嘆中國GDP已躍居世界第二。可是中國仍然只是一個發展中國家，人均GDP還少于巴西，墨西哥或馬來西亞，還有數億農民與農民工，還有急待解決的環保問題，教育問題，醫藥健康問題，等等。建造超大對撞機，費用奇大，對解決這些燃眉問題不利，我認為目前不宜考慮。
（三）建造超大對撞機必將大大擠壓其他基礎科學的經費，包括生命科學，凝聚態物理，天文物理，等等。
（四）為什么有不少高能物理學家積極贊成建造超大對撞機呢？原因如下：
A.高能物理學是二戰后的一個新興領域，此領域七十年來有了輝煌的成就，驗證了“標準模型”，使人類對物質世界中三種基本力量有了深入了解。可是還有兩項大問題沒有解決：
甲）對剩下的第四種基本力量，引力，的深入了解還有基本困難。
乙) 還沒有能了解如何統一力量與質量。希望解決此二問題當然是所有物理學家的愿望。
B.有些高能物理學家希望用超大對撞機發現“超對稱粒子”，從而為人類指出解決此二問題的方向。
但是找超對稱粒子已經有很多年了，完全落空。今天希望用超大對撞機來找到超對稱粒子，只是一部份高能物理學家的一個猜想。多數物理學家，包括我在內，認為超對稱粒子的存在只是一個猜想，沒有任何實驗根據，希望用極大對撞機發現此猜想中的粒子更只是猜想加猜想。
（五）七十年來高能物理的大成就對人類生活有沒有實在好處呢？沒有。假如高能所建議的超大對撞機能實現，而且真能成功地將高能物理學更推進一大步，對人類生活有沒有實在好處呢？我認為短中期內不會有，三十年，五十年內不會有。而且我知道絕大多數物理學家都同意我的這個說法。
（六）中國建立高能所到今天已有三十多年。如何評價這三十多年的成就？今天世界重要高能物理學家中，中國占有率不到百分之一、二。建造超大對撞機，其設計，以及建成后的運轉與分析，必將由90%的非中國人來主導。如果能得到諾貝爾獎，獲獎者會是中國人嗎？
（七）不建超大對撞機，高能物理就完全沒有前途了嗎？不然。我認為至少有兩個方向值得探索：A. 尋找新加速器原理。B.尋找美妙的幾何結構，如弦理論所研究的。這兩方面的研究都不那么費錢，符合當今世界經濟發展的總趨勢。
那么丘成桐支持，楊振寧反對的“中國造大型強子對撞機”究竟是什么？為什么我們要建它？
（發現希格斯玻色子的大型強子對撞機）
什么是大型強子對撞機？為什么要建設大型強子對撞機？
很多人對對撞機最感性的認識來自于《三體》，在《三體》中，三體人的智能機器 “ 智子 ” 通過大型使粒子對撞機的實驗出現數據隨機化，鎖死了人們物理進步的可能性。很多科學家難以在現有理論體系找到一個自洽的結果，最終在壓力下自殺。而人類的物理知識無法進步，又使得在與三體人的戰爭中不堪一擊，節節敗退。
小說的確有夸張的成分，但大型對撞機在現代高能物理中起到的作用確實不可小視。簡單而言， 對撞機的原理是通過產生高能量的粒子，對另一個粒子進行轟擊，轟擊可能產生出新的粒子，也可能會造成兩者的相互作用，相互作用后的粒子會和探測器物質發生反應。這樣人們就可以了解作用后的粒子狀態，再將它與之前的粒子狀態進行比較，就可以倒推出新粒子的性質。此外，對撞機還可以使得微觀尺度上模擬宇宙大爆炸后的宇宙初期形態，幫助科學家研究宇宙起源。它還可以幫助我們理解夸克和電子是否是宇宙的最小單元，暗物質和反物質的性質，引力的本質，宇宙的維度等重要的物理學問題。簡單的說，通過不斷的提升能量和撞擊次數，能夠發現更多的新粒子或者粒子的新性質，從而解答我們在物理學中遇到的種種困惑。
此前，最大的大型強子對撞機（LHC）位于日內瓦附近的侏羅山地下，除了 “ 最大的粒子對撞機 ” 外，它還有 “ 世界上最大的機器 ” ，“ 世界上最快的跑道 ”，“太陽系里最真空的空間 ” 等殊榮。它最大的發現是 2012 年近似發現了物理學 “ 標準模型 ” 中預言的 “ 希格斯玻色子 ” 存在的跡象。這一結果將人類 “標準模型” 物理學大廈的屋頂上蓋上了最后一塊磚，因此被稱為是堪比人類登月的偉大成就。也讓曾經預言 “ 無法發現希格斯玻色子 ” 的霍金輸了 100 美元。
不過，完成了標準模型并不意味著科學家會就此止步。標準模型雖然看上去很完美，但是仍然無法描述引力，而且它描述的粒子還不到宇宙中存在粒子的 5 %。目前人們正在尋找能夠比標準模型更好的物理學模型，超對稱理論便是其中之一。很多人熱愛超對稱理論，因為它看上去非常完美而優雅，如果超對稱理論能夠被驗證，它能夠告訴我們為什么粒子有現在的質量，為什么交互作用產生不同的強度，為什么宇宙會是現在這個樣子？
不過，盡管理論非常優雅，但超對稱理論在實驗上卻不如人意。大型強子對撞機直到現在，也沒有發現任何超對稱粒子存在的跡象。今年 LHC 曾經發現一種新的粒子，但是最終也被證明只是統計漲落給人造成的錯覺。這已經造成了很多人對超對稱理論甚至包括弦論產生質疑，但也有科學家認為，這可能仍然是 LHC 的設計局限造成的。或許新的粒子中絕大多數的質量都超出了 LHC 可探測的能標。如果是后一種，那么，一臺更大，更強的強子對撞機，應該就能夠回答我們的困惑。
（目前的世界大型粒子對撞機尺寸對比，中國的 BEPC 正負電子對撞機最小，但未來建立的 CEPC 虛線紅圈區域則最大）
強子對撞機要花費多少費用？真的會對財政造成負擔嗎？
LHC 的意義與作用上文已經說明，這也是很多科學家例如美國著名物理學家大衛 · 格羅斯對中國建設新的強子對撞機寄予期待原因 “ 我把這個夢想叫做‘中國的偉大加速器(The Great Accelerator)’，這會和萬里長城(The Great Wall)一樣引人矚目。它會比萬里長城的作用更大，會在科學技術各領域有突破和發現。 ”
如果一臺更強大的 LHC 能夠如此有效的解決人類的困惑，那么為什么不是歐美而是中國搶先建造？
答案至少有一點，它的費用非常昂貴。作為人類最精密最巨型的機械，它對地址選擇，設備建設，能量耗費都有極其苛刻的要求，美國曾經打算建設一臺 SSC （超導超級對撞機），但因成本過高而草草收場。即使是建成的 LHC 迄今共花費 65 億瑞士法郎（約合412億元人民幣）。而中國要建設的強子對撞機耗費則更加昂貴，楊振寧認為 “ 高能所建議的超大對撞機預算不可能少于 200 億美元 ”。
許多國際科學家都是關注到了中國近幾年不斷增加科技投入，對中國寄予期待。但即便如此，在一個發展中國家進行這樣的大型工程仍不簡單。根據財政部的統計，中央本級支出中科學技術支出為 2706.43 億元。就目前匯率而看，即便按照楊振寧的估算，也會占至少一半的科研支出。當然，對撞機修建很可能是多年完成，但在經濟趨冷的情況下，對其他學科產生擠壓是必然的。
（目前中國 CEPC 項目的預估時間表）
支持與反對強子對撞機的理由各是什么？
目前，支持和反對方都在公共媒體上發出自己的聲音，可以想見人數還會逐漸增多，如果把數學家丘成桐看做是支持方，楊振寧和王孟源以及部分網民視為反對方，他們各自有以下一些理由。
首先是對于基本理論的爭辯，上文所述，丘成桐和許多國際物理學家將更大，能量層級更高的對撞機作為一種物理學發展的方向。但作為當代物理學巨 擘，楊振寧認為 “ 今天希望用超大對撞機來找到超對稱粒子，只是一部份高能物理學家的一個猜想。多數物理學家，包括我在內，認為超對稱粒子的存在只是一個猜想，沒有任何實驗 根據，希望用極大對撞機發現此猜想中的粒子更只是猜想加猜想。” 在國外，LHC 的研究結果曾表明 “超對稱理論的原始參數空間已經有99.9%被否定掉了”。《科學美國人》在 2014 年曾經發布一篇文章，題目也非常直接《 超對稱玩完了 ？》 。
然而除了科學問題，更多的討論則集中于強子對撞機的象征意義。丘成桐首先指出強子對撞機會使得中國成為粒子物理學的新中心，項目建成后，至少會有五六千名各國一流科學家為做實驗舉家遷往中國，且長期居住。這對中國的科技水平有極大的促進作用。除此之外，強子對撞機有利于增強民族自豪感，也是中國的民族尊嚴得到體現的表現。丘成桐甚至在文中激動地寫： “今日的中國，已非吳下阿蒙，難道不需要為這個人類最崇高的理想作出貢獻？難道我們只是在游戲機、在房地產、互聯網上賺點好處，就心滿意足？在我記憶所及，中外古今都還沒有過這樣的大國！” PingWest 記者看到，部分支持派網民將此與 “ 鄭和下西洋 ” 做比，希望政府不要失去下一次科技革命的機會。
而反對者則認為，強子對撞機實際上是一個國內出錢供國外人和設備表演的無底洞。楊振寧指出 “ 其設計，以及建成后的運轉與分析，必將由90%的非中國人來主導。如果能得到諾貝爾獎，獲獎者會是中國人嗎？”。知乎用戶 “ rendao ” 貼出一張圖，證明核心設備仍然是西門子。
更重要的是，很多反對者認為，中國仍然是發展中國家，有更加需要的項目如民生需要投入。即便在科研中，國內仍需要更多的基礎人才培養，學術環境改善，物理學處于也有更實證，見效更快的方向，在這些都未加強的情況下，投入一個可能上百年才會對人類生活產生改變的方向，實在太過奢侈。在國內新聞評論網站觀察者網，許多網民認為美國不要的設備，搬到中國來，是“不安好心”。針對支持派的“鄭和下西洋”，也有人指出這是一次類似于鄭國渠的 “ 疲秦之計 ” 。
（華人物理學家楊振寧）
反思：科學的未來與公眾的關系是？
大型強子對撞機的爭議還在發酵，但目前而言，論戰雙方都開始更多訴諸如民族主義一樣公眾情感而非科技論證。這似乎暗喻一個事實：像西方許多國家一樣，中國的科技發展也在越來越受到社會，尤其是公眾輿論的影響。
傳統意義上，科學曾經是一個獨立的技術領域，但是隨著科技的發展，科技所需要的成本越來越高，對社會其他部分的依賴越發的強。尤其是對于對撞機這樣投入極高，時間極慢的基礎性研究，勢必要得到更多的社會或經濟支持。因此，科學和公共輿論關系越發緊密。從正向看，對于環保、反核、動物權利的呼吁，多多少少制約了科學發展的負面作用，使之更加注意人道和社會有益。但有時部分科學進步也要考慮民間的反饋和意見，從而對這些學科發展造成影響。但如少數人將正常的科學研究分歧訴諸政治話語，其結果往往如同蘇聯的 “ 李森科學派 ” 一樣非常糟糕。
中國人對此并不陌生，“ 鄭和下西洋 ” 是一個令許多中國人都印象深刻的故事。明朝官員對于鄭和下西洋徒費錢財、缺乏回報的譴責，在當時的歷史情況下不能說沒有道理。但結果是間接使中國錯過了地理大發現的行程。今天的網民距離尖端科學，比當初的明朝官員距離航海費用要遠得多，但公共輿論卻已經成為了新的 “ 言官”。如何平衡科學要求與社會其他發展之間的關系？如何保證科學發展不會成為少數人決策多數人接受的結果，但又不會影響到科學的獨立性？這些問題是需要人們去思考的。
