巨型對撞機是否值得建

文章作者:lili | 2017-06-19
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早在1980年我們就建設了正負電子對撞機,在1988年正式建成對撞機又作為同步輻射裝置,在凝聚態物理、材料科學、地球科學、化學化工、環境科學、生物醫學、微電子技術、微機械技術和考古等應用研究領域取得了一大批驕人的成果。利用同步輻射光對高溫超導材料進行的深入研究;對世界上最大尺寸的碳60晶體以及在0.1-0.3微米X射線光刻技術的研究均取得重要突破;在微機械技術方面,制成了直徑僅4毫米超微電機,這種電機將能在醫療、生物和科研等方面有獨特的用途。但是,建設巨型對撞機是否有這樣的必要呢?要知道其費用可是個天文數字。

  2015年4月的一天,我在中國科學院高能物理所訪談了高能物理所前任副所長張闖研究員。當時,中國版巨型對撞機還只是一個在物理學家小圈子里流傳的概念,老百姓對這個事情幾乎一無所知。

  張闖研究員告訴我,這個項目能不能做,關鍵要考慮這個項目的造價是多少。從科學家的角度來說,他覺得這個項目是值得做的;但從國家的角度來說,因為高能物理本身不會產生直接的經濟效益,也不像原子彈與氫彈那樣能產生軍事效益,因此從國情出發,這個項目到底值不值得立刻上馬,還需要進一步的仔細論證。

  而且當時張闖研究員說這個項目投入“大概是百億量級”。

  張闖研究員是深入參與北京正負電子對撞機設計的科學家,也見證了北京正負電子對撞機在陶子-粲夸克能區取得的一系列重要成就。

  在與張闖研究員的對話中,我感覺到了1980年建設的北京正負電子對撞機給中國科學家帶來的一種民族自豪感。

  時間過得很快,差不多一年以后,我訪談了著名數學家、中國版巨型對撞機的積極倡導者丘成桐先生。

  丘成桐先生與我談到中國版巨型對撞機的建設設想,他認為此工程一旦舉行,將在中國形成一個“科學的聯合國”,吸引近萬名國際國內的科學家與工程師來中國工作。

  到了2016年8月,在清華大學,參加弦論2016年會的著名科學家丘成桐、威騰、格羅斯、馬德西納、王貽芳、戴自海、瓦法等接受了科學媒體的“餐桌采訪”。當時訪談的重點集中在中國版巨型對撞機的科學意義之上。

  從那次訪談可以看出,國際弦論界包括理論物理界對中國高能物理界提出的中國版巨型對撞機的建造設想抱有強烈的支持態度。當時在場的外國科學家都認為,中國作為一個世界大國,需要有一個能夠在高能物理的前沿有所貢獻的大科學裝置。

  一個月后,諾貝爾物理學獎得主、94歲高齡的楊振寧公開發表《中國今天不宜建造超大對撞機》一文,用七條理由反對建設中國版巨型對撞機。2016年9月5日,王貽芳在媒體發文對楊振寧提出的七條理由逐一反駁。經過此次事件,中國版巨型對撞機的爭論進入了大眾的眼簾。

  我也體會到了網絡上對這次事件的洶涌澎湃的評論意見。

  2016年12月,在中國科學院大學雁棲湖校區,中國科學院百人學者雁棲論壇舉行了一場關于中國版巨型對撞機的辯論活動。在主講人王貽芳院士講完以后,凝聚態物理學家曹則賢研究員等人發表了對“中國版巨型對撞機”建設的反對意見。

  在那次辯論會上,我感受到了來自高能物理學術圈之外的研究人員對“中國版巨型對撞機”的微妙態度。部分來自其他科學領域的科學家認為,應該把科研經費投入到其他更迫切需要發展的領域中去(而不是把大量的錢投入到高能物理領域)。

  從那次辯論會我想到了美國當年超級超導對撞機是不是應該下馬的著名辯論,當時高能物理學家溫伯格與凝聚態物理學家安德森對超級超導對撞機持有截然相反的觀點。

  因此,當時我隱約感覺到,從某種角度來說,不同專業背景的科學家,對巨型對撞機的重要性與迫切性的看法是不同的,這也許是一種天然的“屁股決定腦袋”的人之常情。

  前幾天,我在中國科學院高能物理研究所見到了王貽芳院士。王貽芳院士告訴我,建設巨型對撞機也是一種創新,而創新從來都有風險,中國人以前也沒有做過探月工程——不能因為以前沒有人做過所以就望而卻步。現在中國人要探月,是一種探索,同樣,也可以發展中國自己的巨型對撞機。

  從科學的角度來說,建造中國版巨型對撞機的科學意義是非常明確的——那就是探索宇宙更深層次的奧秘,尤其是探索希格斯粒子的物理性質——這是一種創新,是前人沒有做過的偉大事業。

  希格斯粒子賦予我們宇宙中的絕大部分物體以質量,比如像黑洞這樣大質量的天體,其質量的來源也是希格斯機制。因此,兩個黑洞碰撞發出的引力波,說到底還是因為有了希格斯粒子才會有引力波。所以,從這個意義上來說,希格斯粒子比引力波更基礎,屬于更底層的物理結構。引力波已經被發現了,需要被深入研究,因此我們中國科學家提出了“太極計劃”“阿里計劃”等引力波探測計劃。

  同樣道理,希格斯粒子已經被歐洲核子中心發現了,但還需要被深入研究,所以中國的科學家提出了“中國版巨型對撞機”項目的計劃。這兩者的邏輯其實是一致的。

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