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最近，網(wǎng)絡(luò)媒體公開(kāi)討論中國(guó)是否建造大型對(duì)撞機(jī)的問(wèn)題。丘成桐支持中國(guó)建筑大型對(duì)撞機(jī)，而楊振寧則反對(duì)。如果我們不深究大型對(duì)撞機(jī)究竟解決什么問(wèn)題，而只就資質(zhì)和學(xué)術(shù)權(quán)威而論，當(dāng)然是聽(tīng)楊振寧的，因?yàn)闂钫駥幨歉吣芪锢硪?guī)范場(chǎng)理論的創(chuàng)建人，而丘成桐是數(shù)學(xué)家。

當(dāng)然，對(duì)于耗費(fèi)巨大的這樣一個(gè)項(xiàng)目，需要從國(guó)家戰(zhàn)略高度來(lái)推敲，究竟于國(guó)家、人民有用無(wú)用，這也是雙方爭(zhēng)論的焦點(diǎn)之一。

但筆者還是想回到物理問(wèn)題本身，畢竟建個(gè)項(xiàng)目不管“預(yù)期”有多少好處，本職工作總還是要先考慮的。

楊振寧在文章最后提到：“不建超大對(duì)撞機(jī)，高能物理就完全沒(méi)有前途了嗎？不然。我認(rèn)為至少有兩個(gè)方向值得探索：A. 尋找新加速器原理。B.尋找美妙的幾何結(jié)構(gòu)，如弦理論所研究的。”這話(huà)講得很含蓄，但還是可以看出，是對(duì)現(xiàn)在的方向不大認(rèn)同的。

楊老沒(méi)有充分展開(kāi)，其實(shí)之前已經(jīng)有反對(duì)者提出了高能物理學(xué)科發(fā)展的困境。那么高能物理究竟出了什么問(wèn)題呢？

高能物理源于人類(lèi)對(duì)原子核的認(rèn)識(shí)的需要，是人類(lèi)對(duì)原子核的認(rèn)知的一個(gè)理論。原子核由質(zhì)子和中子組成，一些放射性衰變?cè)雍藭?huì)放射出電子，因此，要了解原子核的結(jié)構(gòu)，必須弄清楚質(zhì)子、中子和電子的相互作用。經(jīng)過(guò)物理學(xué)家長(zhǎng)期努力，經(jīng)過(guò)粒子對(duì)撞試驗(yàn)和理論發(fā)展，主流物理學(xué)家已經(jīng)達(dá)成共識(shí)，就是質(zhì)子和中子由夸克組成。質(zhì)子由兩個(gè)上夸克和一個(gè)下夸克組成，中子由兩個(gè)下夸克和一個(gè)上夸克組成，而這些夸克的特性又有不同顏色。用兩個(gè)夸克解釋兩個(gè)核子，而且符合碰撞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以說(shuō)是粒子科學(xué)一大進(jìn)步。

然而，構(gòu)建夸克理論用的對(duì)稱(chēng)性，必須假設(shè)有六個(gè)夸克，其它夸克組合成許多其它粒子，這些數(shù)量眾多的粒子陸陸續(xù)續(xù)不是被宇宙射線觀測(cè)證實(shí)，就是被人工粒子碰撞機(jī)發(fā)現(xiàn)證實(shí)。除了夸克組成的強(qiáng)子，還有輕子，輕子的數(shù)目幾乎和強(qiáng)子數(shù)量差不多，這些亞核粒子相互作用力又需要相應(yīng)的交換粒子來(lái)解釋。

為了認(rèn)識(shí)質(zhì)子、中子和電子這三種粒子的本質(zhì)，高能物理的標(biāo)準(zhǔn)理論已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了60多個(gè)粒子，用60多個(gè)粒子來(lái)解釋三個(gè)粒子，這種解釋效率太低。這60多個(gè)粒子很多不是自然界觀測(cè)得到的，必須有對(duì)撞機(jī)粒子對(duì)撞才能觀測(cè)到，觀測(cè)完以后這些粒子又消失了，就是壽命及短。 楊振寧顯然對(duì)這個(gè)理論保持了清醒的頭腦，有對(duì)這個(gè)理論可被取代的科學(xué)態(tài)度。李政道和楊振寧獲得諾貝爾獎(jiǎng)，就是對(duì)高能理論完美的質(zhì)疑，提出宇稱(chēng)不守恒的論點(diǎn)，他們重新整理了已有的實(shí)驗(yàn)成果，支持了他們的論點(diǎn)，后來(lái)吳健雄實(shí)驗(yàn)再次證實(shí)了他們的論點(diǎn)，他們因此得到諾貝爾獎(jiǎng)。

楊振寧教授近照

用60多個(gè)粒子來(lái)解釋3個(gè)粒子的理論效率低下且不說(shuō)，要命的是這個(gè)復(fù)雜而美麗的理論對(duì)人類(lèi)技術(shù)進(jìn)步基本沒(méi)有任何突破。如今科學(xué)家應(yīng)用的是其它物理知識(shí)開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)行高能物理實(shí)驗(yàn)，而高能物理的標(biāo)準(zhǔn)理論和大統(tǒng)一理論并沒(méi)有增加人類(lèi)的技術(shù)能力。如今為了解決人類(lèi)能源問(wèn)題，為了開(kāi)發(fā)可控核聚變技術(shù)，基本用不著夸克理論。可控核聚變技術(shù)的研發(fā)，用的是愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論的質(zhì)能守恒公式，和原子核的重量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。高能物理理論對(duì)核電技術(shù)，對(duì)可控核聚變、對(duì)核潛艇和核武器都基本沒(méi)有幫助。人們不禁要問(wèn)，物理學(xué)界是否應(yīng)該反思這個(gè)學(xué)科的走向？這是耗資巨大的陽(yáng)春白雪學(xué)科，數(shù)學(xué)之美令人贊嘆不已，但至今沒(méi)看到任何實(shí)際應(yīng)用前景。尤其是對(duì)核物理技術(shù)沒(méi)有實(shí)質(zhì)幫助。

當(dāng)年托勒密地心說(shuō)也很有成就，只要加上幾個(gè)天球，就可以解釋不規(guī)則的行星運(yùn)動(dòng)，這是了不起的天體運(yùn)動(dòng)理論。用天球疊天球就可以擴(kuò)展和完善這個(gè)地心說(shuō)理論，只要有足夠多的天球，就可以足夠精確解釋所有不規(guī)則的星體運(yùn)動(dòng)。這個(gè)解的存在性叫做傅里葉展開(kāi)的完備性，就是圓周運(yùn)動(dòng)的疊加可以擬合出所有周期運(yùn)動(dòng)乃至非周期運(yùn)動(dòng)。自從日心說(shuō)觀念突破了地心說(shuō)的思維定式以后，才發(fā)展出了開(kāi)普勒的行星運(yùn)動(dòng)三大定律，以三個(gè)定律解釋所有行星運(yùn)動(dòng)，理論效率比每個(gè)行星都用幾個(gè)天球去解釋理論效率高多了。

根據(jù)開(kāi)普勒三大定律，牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力，以一個(gè)萬(wàn)有引力定律就解釋了所有行星運(yùn)動(dòng)，理論效率又有一個(gè)飛躍。而且，正是由于牛頓定律，才有了我們今天火箭和衛(wèi)星技術(shù)。如果我們滿(mǎn)足于托勒密的地心說(shuō)，滿(mǎn)足于疊加足夠都天球以精密解釋行星運(yùn)動(dòng)，我們就沒(méi)有今天的衛(wèi)星技術(shù)。高能物理理論很可能陷入了托勒密地心說(shuō)理論的宿命，它可以自圓其說(shuō)，但不解決實(shí)際問(wèn)題。

楊振寧擔(dān)心是有道理的，就科學(xué)角度而言，應(yīng)該避免陷入用猜想驗(yàn)證猜想的怪圈。高能物理就是對(duì)撞試驗(yàn)驗(yàn)證了理論，但同時(shí)又發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，理論又進(jìn)一步發(fā)展解釋新現(xiàn)象，又需要更高能量對(duì)撞驗(yàn)證新理論，如此重復(fù)加深人類(lèi)對(duì)亞核粒子的認(rèn)識(shí)。今天的高能物理乃至大統(tǒng)一理論都和托勒密地心說(shuō)一樣完美和諧，都可以解釋所有各自關(guān)注的現(xiàn)象，但就是不接“地氣”，為了認(rèn)識(shí)質(zhì)子、中子和電子這三個(gè)粒子，高能理論過(guò)于厚重。

CERN的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)

所以，現(xiàn)在高能物理科學(xué)需要的不是這種不斷增加天球的托勒密地心說(shuō)式的發(fā)展，不是這種沒(méi)有止境的讓高能物理理論和高能物理實(shí)驗(yàn)相互印證卻又與現(xiàn)實(shí)世界漸行漸遠(yuǎn)的發(fā)展。高能物理需要平心靜氣整理已經(jīng)積累的高能物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和天文學(xué)觀察，重新整理認(rèn)識(shí)原子核的思路。高能物理應(yīng)該有一個(gè)地心說(shuō)到日心說(shuō)的革命，否則就是一個(gè)光花錢(qián)不出活的象牙塔。

然而，就國(guó)家戰(zhàn)略而言，高能物理科學(xué)不是問(wèn)題的全部，工程技術(shù)也很重要。對(duì)于這點(diǎn)，力推對(duì)撞機(jī)的高能所所長(zhǎng)王貽芳給出了很好的解答。要建一個(gè)大型對(duì)撞機(jī)，顯然對(duì)材料和工程設(shè)計(jì)都是一個(gè)很高的要求。科學(xué)研究不是那么勢(shì)利眼，不能急功近利，科學(xué)研究應(yīng)該允許一些不著邊際的好奇心探索。

作為戰(zhàn)略投資，國(guó)家決策就不一樣，投資講回報(bào)。如果這個(gè)項(xiàng)目是一個(gè)國(guó)際科技合作的平臺(tái)，合作各國(guó)出資應(yīng)該是出資讓他們的科學(xué)家、工程師和技術(shù)員來(lái)華和中國(guó)工作，而不是各國(guó)各做項(xiàng)目其中一部分，各國(guó)各做一部分管理成本太高，而且一個(gè)部分卡著就整個(gè)項(xiàng)目被拖延，爛尾樓風(fēng)險(xiǎn)太大。從項(xiàng)目資金流管理來(lái)說(shuō)，項(xiàng)目要分期，每一期完成需要產(chǎn)生一些可應(yīng)用成果，建造可以產(chǎn)生高能輻射的常規(guī)實(shí)驗(yàn)室，用于工業(yè)檢驗(yàn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)其他技術(shù)研發(fā)。要充分發(fā)揮建造工程的科學(xué)技術(shù)溢出效應(yīng)，要有有效的機(jī)制讓項(xiàng)目建設(shè)的技術(shù)公關(guān)成果最大限度產(chǎn)生它可能的商業(yè)應(yīng)用，激發(fā)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)。這可以是G20達(dá)成的以創(chuàng)新帶動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的一個(gè)科技合作切入點(diǎn)。

中國(guó)對(duì)科學(xué)要有更大的貢獻(xiàn)。建實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證現(xiàn)有的科學(xué)猜想這樣的貢獻(xiàn)太小，不如中國(guó)自己的科學(xué)家另辟蹊徑對(duì)物理學(xué)來(lái)一個(gè)地心說(shuō)到日心說(shuō)的革命來(lái)的貢獻(xiàn)大。中國(guó)年輕物理學(xué)家應(yīng)該有自己的雄心壯志，要站在前人的肩膀上，而不是跟著前人的腳印亦步亦趨。作為國(guó)策投資項(xiàng)目，建造大型撞機(jī)更重要的不是驗(yàn)證高能物理的某一個(gè)猜想，而是要著眼怎樣用項(xiàng)目提高中國(guó)整體科技水平，怎樣配合創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，怎樣吸引國(guó)際頂尖科學(xué)家和工程師來(lái)華工作。項(xiàng)目評(píng)估要對(duì)項(xiàng)目相關(guān)各個(gè)利益集團(tuán)和政治勢(shì)力的厲害沖突保持清醒認(rèn)識(shí)，要防止這個(gè)項(xiàng)目誘導(dǎo)中國(guó)物理學(xué)界誤入歧途鉆進(jìn)象高能粒子物理的牙塔出不來(lái)，反而阻礙了中國(guó)科技發(fā)展大計(jì)。

作者簡(jiǎn)介：郭曉明，加拿大麥吉爾大學(xué)物理學(xué)博士，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)科技與戰(zhàn)略風(fēng)云學(xué)會(huì)研究員，曾任匯豐證券信息安全副官、貴州大學(xué)社會(huì)科學(xué)研究所所長(zhǎng)、加拿大勞里爾大學(xué)商學(xué)院和物理計(jì)算機(jī)系兼職教授，微博賬號(hào)@西西河氏唵啊吽 。

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