中國是否該建超大對撞機？科學(xué)人物公開(kāi)辯論 真理越辯越明

　　近日，諾貝爾獎獲得者、物理學(xué)家楊振寧在微信公眾號上發(fā)表文章，反對“中國今天建造超大對撞機”。中國現在是否該建造超大對撞機?丘成桐、楊振寧、中科院高能物理研究所所長(cháng)王貽芳等大師級科學(xué)家近日相繼“發(fā)聲”論戰，成為輿論熱點(diǎn)。在這場(chǎng)論戰中，普通公眾不僅得以一窺科學(xué)前沿的最新進(jìn)展，還借助網(wǎng)絡(luò )直接參與討論，這一現象本身就反映出科技的進(jìn)步。

　　典型觀(guān)點(diǎn)

　　丘成桐：五十年來(lái)歐美的高能對撞機每一次得出來(lái)的重要成果，都能震撼人心。

　　楊振寧：用超大對撞機來(lái)找到超對稱(chēng)粒子，只是一部分高能物理學(xué)家的一個(gè)猜想。

　　王貽芳：一個(gè)五年計劃開(kāi)建大型對撞機，是高能物理領(lǐng)域領(lǐng)先國際的一個(gè)難得機遇。

　　論戰焦點(diǎn)集中在兩個(gè)方面

　　這場(chǎng)論戰可以大體歸納為兩方面。

　　交鋒1 建超大對撞機花多少錢(qián)?

　　楊振寧在文中稱(chēng)，建造超大對撞機預算不可能少于200億美元，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(guān)”。他還在文中回顧了美國建造大對撞機的經(jīng)驗： 1989年美國開(kāi)始建造當時(shí)世界最大對撞機，預算開(kāi)始預估為30億美元，后來(lái)數次增加，達到80億美元，引起眾多反對聲音，以致1992年國會(huì )痛苦地終止了此計劃，白費了約30億美元。這使大家普遍認為造大對撞機是無(wú)底洞。

　　對于到底需要花多少錢(qián)，王貽芳回應稱(chēng)，規劃的大型對撞機項目將分兩步走：第一步正負電子對撞機建設階段(2022-2030年)，工程造價(jià)約400億人民幣;第二步質(zhì)子對撞機階段(2040年至2050年)，工程造價(jià)在1000億人民幣以?xún)?。如果減去國際貢獻約30%，中國政府兩個(gè)階段分別出資大約300億人民幣(每年30億)和700億人民幣(每年70億)。

　　楊振寧在文中稱(chēng)，中國人均GDP少于巴西、墨西哥，有數億農民與農民工，還有急待解決的環(huán)保、教育、醫藥健康等問(wèn)題。建造超大對撞機，費用奇大，對解決這些問(wèn)題不利。

　　王貽芳說(shuō)，從占GDP的比例來(lái)看，大型對撞機的造價(jià)并沒(méi)有超過(guò)上世紀80年代的北京正負電子對撞機。王貽芳認為，在下一個(gè)五年計劃開(kāi)建大型對撞機，是高能物理領(lǐng)域領(lǐng)先國際的一個(gè)難得機遇。

　　交鋒2 超大對撞機科研價(jià)值如何?

　　楊振寧說(shuō)，有些高能物理學(xué)家希望用超大對撞機發(fā)現“超對稱(chēng)粒子”，但找超對稱(chēng)粒子已有很多年了，完全落空。楊振寧說(shuō)，多數物理學(xué)家，包括他自己，都認為超對稱(chēng)粒子的存在只是一個(gè)猜想，沒(méi)有任何實(shí)驗根據，“希望用極大對撞機發(fā)現此猜想中的粒子更只是猜想加猜想”。

　　王貽芳認為，現在預言對撞機會(huì )發(fā)現或不會(huì )發(fā)現猜想中的粒子，過(guò)于武斷，也不是國際高能物理學(xué)界的主流意見(jiàn)。造大型對撞機可以使我國在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)先國際，使一些重要產(chǎn)品實(shí)現國產(chǎn)化并走到世界最前沿，并形成一個(gè)國際科學(xué)與技術(shù)中心引進(jìn)吸收國外的智力資源，可以培養幾千名物質(zhì)科學(xué)及相關(guān)技術(shù)的頂尖人才。

　　對于楊振寧提出的，“超大對撞機90%的工作將由非中國人來(lái)主導，諾貝爾獎也不會(huì )是中國人”，王貽芳表示，將來(lái)超大對撞機70%的工作將由中國人來(lái)主導完成，至少會(huì )與中國的出資比例一致。

　　國際知名數學(xué)家丘成桐也表示，大對撞機的吸引力，勝過(guò)目前中國招徠海外人才的計劃。他認為，一方面中國的青少年更可能受到感召加入科學(xué)事業(yè)，一方面也會(huì )有國外科學(xué)家全職來(lái)華工作。他表示：“楊先生(楊振寧)反對高能物理須要有更進(jìn)一步的發(fā)展，使人費解!這更不是華爾街一般的商人能夠理解的事情?！?/p>

　　中國對撞機是什么水平?

　　昨日，中國科學(xué)院大學(xué)物理科技學(xué)院副院長(cháng)鄭陽(yáng)恒解釋說(shuō)，愛(ài)因斯坦曾以e=mc2的公式揭示物質(zhì)質(zhì)量與能量的關(guān)系，而對撞機則是將能量轉換成物質(zhì)的過(guò)程，其反面則是將物質(zhì)轉化成能量的過(guò)程，典型應用就是原子彈、氫彈的爆炸。

　　“用對撞機把能量加到很高，將動(dòng)能轉化成物質(zhì)”，他說(shuō)，對撞機可以產(chǎn)生很高能量，將動(dòng)能轉化成各種各樣新奇的粒子。

　　此前歐洲大型對撞機上發(fā)現的希格斯粒子，就因其是讓整個(gè)宇宙產(chǎn)生質(zhì)量的原因，而被稱(chēng)作“上帝粒子”，“本來(lái)宇宙空無(wú)一物，‘上帝粒子’卻讓物質(zhì)產(chǎn)生了重量”。

　　鄭陽(yáng)恒說(shuō)，目前中科院高能所在北京擁有一臺正負電子對撞機，是基于電子及其反粒子，也就是正電子，在對撞機上把兩個(gè)粒子能量加得比較高，發(fā)生碰撞而進(jìn)行研究。

　　“是比歐洲大型對撞機更加干凈的方式”，他說(shuō)，歐洲的大型對撞機本體噪聲較大，而中國的正負電子對撞機則較為干凈，且研究成果已經(jīng)得到國際認可，并經(jīng)常與國際物理學(xué)家進(jìn)行交流。

　　他認為，中國下一步的對撞機的發(fā)展方向，是要將能量對撞提高大約100倍，“目前還沒(méi)有，但是科技實(shí)力完全具備”，裝備大約需要耗資300億元人民幣。

　　參與爭論反映出時(shí)代進(jìn)步

　　對普通公眾來(lái)說(shuō)，該不該建超大對撞機這個(gè)話(huà)題似乎太過(guò)高深。但實(shí)際上，能見(jiàn)證這種級別的科學(xué)爭論，并在網(wǎng)上發(fā)言“摻和”，本身就反映時(shí)代的進(jìn)步。

　　首先，科技發(fā)展讓我們有幸見(jiàn)證和參與科學(xué)最前沿的爭論。上世紀，愛(ài)因斯坦與玻爾關(guān)于量子力學(xué)爭論的科學(xué)意義和影響力更大，但當時(shí)的普通民眾有幾個(gè)知曉?互聯(lián)網(wǎng)和新媒體的發(fā)展，讓今天的普通人都能在網(wǎng)上直接看到大師級科學(xué)家的公開(kāi)文章和觀(guān)點(diǎn)，甚至在一定程度上參與討論。

　　有意思的是，人們參與討論所用的萬(wàn)維網(wǎng)系統，就是起源于負責運營(yíng)“大型強子對撞機”的歐洲核子研究中心。在這里工作的蒂姆·伯納斯-李為了更好地分享資料而發(fā)明了萬(wàn)維網(wǎng)，這也是高能物理研究開(kāi)出的一枝“意外之花”。

　　其次，“該不該建”能成為問(wèn)題，也反映出中國科技實(shí)力的進(jìn)步。曾幾何時(shí)，空間站、大型強子對撞機之類(lèi)的前沿大科學(xué)工程似乎都是發(fā)達國家的“專(zhuān)利”，中國只能望而興嘆。如今，中國即將建設自己的空間站，而在有關(guān)超大對撞機的爭論中已沒(méi)有人懷疑中國是否擁有建設能力和實(shí)力，雙方主要的爭議在于“是否劃算”“是否值得”的層面。

　　第三，眾多網(wǎng)友發(fā)言，說(shuō)明中國公眾的科學(xué)素養和對科學(xué)的關(guān)注度都在提高。在多年科普教育之后，認為自己能對這些“高大上”的議題說(shuō)兩句、并且也希望就此表達觀(guān)點(diǎn)的人更多了。根據中國科協(xié)發(fā)布的第九次中國公民科學(xué)素質(zhì)調查結果，2015年中國具備科學(xué)素質(zhì)的公民比例達到6.20%，高于2010年的3.27%。

　　背景

　　大型強子對撞機 LHC大型強子對撞機究竟是什么?

　　大型對撞機在現代高能物理中起到的作用確實(shí)不可小視。簡(jiǎn)單而言，對撞機的原理是通過(guò)產(chǎn)生高能量的粒子，對另一個(gè)粒子進(jìn)行轟擊，轟擊可能產(chǎn)生出新的粒子，也可能會(huì )造成兩者的相互作用，相互作用后的粒子會(huì )和探測器物質(zhì)發(fā)生反應。這樣人們就可以了解作用后的粒子狀態(tài)，再將它與之前的粒子狀態(tài)進(jìn)行比較，就可以倒推出新粒子的性質(zhì)。

　　此外，對撞機還可以使得微觀(guān)尺度上模擬宇宙大爆炸后的宇宙初期形態(tài)，幫助科學(xué)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(zhì)和反物質(zhì)的性質(zhì)，引力的本質(zhì)，宇宙的維度等重要的物理學(xué)問(wèn)題。簡(jiǎn)單地說(shuō)，通過(guò)不斷的提升能量和撞擊次數，能夠發(fā)現更多的新粒子或者粒子的新性質(zhì)，從而解答我們在物理學(xué)中遇到的種種困惑。

　　目前世界最大的強子對撞機

　　目前，世界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(yáng)系里最真空的空間”等殊榮。它最大的發(fā)現是2012年近似發(fā)現了物理學(xué)“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(lèi)“標準模型”物理學(xué)大廈的屋頂上蓋上了最后一塊磚，因此被稱(chēng)為是堪比人類(lèi)登月的偉大成就。也讓曾經(jīng)預言“無(wú)法發(fā)現希格斯玻色子”的霍金輸了100美元。