丘成桐支持,杨振宁反对的“中国造大型强子对撞机”究竟是什么?

今天，淡出了公众视野很久的杨振宁，在微信公众号 “ 知识分子 ” 上发表了一篇文章《中国今天不宜建造超大对撞机》，反驳了丘成桐此前发布的一篇文章《丘成桐：关于中国建设高能对撞机的几点意见并回答媒体的问题》。

　　在文章中，杨振宁认为，中国不应该修建大型强子对撞机，原因主要是：修建对撞机耗费极多，会挤压其他学科的经费空间，即便物理学中也有更值得探索且费用更少的领域；强子对撞机修建的价值并不明显，其验证的“超对称粒子”可能仅仅只是个“ 猜想加猜想 ”；鉴于中国在高能物理学的现状，即便产生结果也可能与中国没有关系。

关于大型强子对撞机，作为著名高能物理学家，杨振宁的表态无疑是极重的，也把这一争论推向了高潮。一个月前，中国 99.99% 的人，可能对 “ 大型强子对撞机 ” 是什么还一无所知。但是一个月后，它却逐渐慢慢演变为了一个公共话题。这原因有部分是因为，有丘成桐和杨振宁这样的华人科学家参与其中。但更重要的，则是因为 “ 大型强子对撞机 ” 本身的质疑：它可能是一把让人类叩响 “ 宇宙之门 ” 的钥匙，但也可能 ―― 而且可能性更大 ―― 是一个没有人知道何时能产生财政回报的黑洞，更糟糕的是，也许是一个幻想和骗局。

那么丘成桐支持，杨振宁反对的“中国造大型强子对撞机”究竟是什么？为什么我们要建它？

　　

（发现希格斯玻色子的大型强子对撞机）

　　 什么是大型强子对撞机？为什么要建设大型强子对撞机？

很多人对对撞机最感性的认识来自于《三体》，在《三体》中，三体人的智能机器 “ 智子 ” 通过大型使粒子对撞机的实验出现数据随机化，锁死了人们物理进步的可能性。很多科学家难以在现有理论体系找到一个自洽的结果，最终在压力下自杀。而人类的物理知识无法进步，又使得在与三体人的战争中不堪一击，节节败退。

小说的确有夸张的成分，但大型对撞机在现代高能物理中起到的作用确实不可小视。简单而言， 对撞机的原理是通过产生高能量的粒子，对另一个粒子进行轰击，轰击可能产生出新的粒子，也可能会造成两者的相互作用，相互作用后的粒子会和探测器物质发生反应。这样人们就可以了解作用后的粒子状态，再将它与之前的粒子状态进行比较，就可以倒推出新粒子的性质。此外，对撞机还可以使得微观尺度上模拟宇宙大爆炸后的宇宙初期形态，帮助科学家研究宇宙起源。它还可以帮助我们理解夸克和电子是否是宇宙的最小单元，暗物质和反物质的性质，引力的本质，宇宙的维度等重要的物理学问题。简单的说，通过不断的提升能量和撞击次数，能够发现更多的新粒子或者粒子的新性质，从而解答我们在物理学中遇到的种种困惑。

此前，最大的大型强子对撞机（LHC）位于日内瓦附近的侏罗山地下，除了 “ 最大的粒子对撞机 ” 外，它还有 “ 世界上最大的机器 ” ，“ 世界上最快的跑道 ”，“太阳系里最真空的空间 ” 等殊荣。它最大的发现是 2012 年近似发现了物理学 “ 标准模型 ” 中预言的 “ 希格斯玻色子 ” 存在的迹象。这一结果将人类 “标准模型” 物理学大厦的屋顶上盖上了最后一块砖，因此被称为是堪比人类登月的伟大成就。也让曾经预言 “ 无法发现希格斯玻色子 ” 的霍金输了 100 美元。

不过，完成了标准模型并不意味着科学家会就此止步。标准模型虽然看上去很完美，但是仍然无法描述引力，而且它描述的粒子还不到宇宙中存在粒子的 5 %。目前人们正在寻找能够比标准模型更好的物理学模型，超对称理论便是其中之一。很多人热爱超对称理论，因为它看上去非常完美而优雅，如果超对称理论能够被验证，它能够告诉我们为什么粒子有现在的质量，为什么交互作用产生不同的强度，为什么宇宙会是现在这个样子？

不过，尽管理论非常优雅，但超对称理论在实验上却不如人意。大型强子对撞机直到现在，也没有发现任何超对称粒子存在的迹象。今年 LHC 曾经发现一种新的粒子，但是最终也被证明只是统计涨落给人造成的错觉。这已经造成了很多人对超对称理论甚至包括弦论产生质疑，但也有科学家认为，这可能仍然是 LHC 的设计局限造成的。或许新的粒子中绝大多数的质量都超出了 LHC 可探测的能标。如果是后一种，那么，一台更大，更强的强子对撞机，应该就能够回答我们的困惑。

　　

（目前的世界大型粒子对撞机尺寸对比，中国的 BEPC 正负电子对撞机最小，但未来建立的 CEPC 虚线红圈区域则最大）

　　 强子对撞机要花费多少费用？真的会对财政造成负担吗？

LHC 的意义与作用上文已经说明，这也是很多科学家例如美国著名物理学家大卫 · 格罗斯对中国建设新的强子对撞机寄予期待原因 “ 我把这个梦想叫做‘中国的伟大加速器(The Great Accelerator)’，这会和万里长城(The Great Wall)一样引人瞩目。它会比万里长城的作用更大，会在科学技术各领域有突破和发现。 ”

如果一台更强大的 LHC 能够如此有效的解决人类的困惑，那么为什么不是欧美而是中国抢先建造？

答案至少有一点，它的费用非常昂贵。作为人类最精密最巨型的机械，它对地址选择，设备建设，能量耗费都有极其苛刻的要求，美国曾经打算建设一台 SSC （超导超级对撞机），但因成本过高而草草收场。即使是建成的 LHC 迄今共花费 65 亿瑞士法郎（约合412亿元人民币）。而中国要建设的强子对撞机耗费则更加昂贵，杨振宁认为 “ 高能所建议的超大对撞机预算不可能少于 200 亿美元 ”。

许多国际科学家都是关注到了中国近几年不断增加科技投入，对中国寄予期待。但即便如此，在一个发展中国家进行这样的大型工程仍不简单。根据财政部的统计，中央本级支出中科学技术支出为 2706.43 亿元。就目前汇率而看，即便按照杨振宁的估算，也会占至少一半的科研支出。当然，对撞机修建很可能是多年完成，但在经济趋冷的情况下，对其他学科产生挤压是必然的。

　　

（目前中国 CEPC 项目的预估时间表）

　　 支持与反对强子对撞机的理由各是什么？

目前，支持和反对方都在公共媒体上发出自己的声音，可以想见人数还会逐渐增多，如果把数学家丘成桐看做是支持方，杨振宁和王孟源以及部分网民视为反对方，他们各自有以下一些理由。

首先是对于基本理论的争辩，上文所述，丘成桐和许多国际物理学家将更大，能量层级更高的对撞机作为一种物理学发展的方向。但作为当代物理学巨擘，杨振宁认为 “ 今天希望用超大对撞机来找到超对称粒子，只是一部份高能物理学家的一个猜想。多数物理学家，包括我在内，认为超对称粒子的存在只是一个猜想，没有任何实验根据，希望用极大对撞机发现此猜想中的粒子更只是猜想加猜想。” 在国外，LHC 的研究结果曾表明 “超对称理论的原始参数空间已经有99.9%被否定掉了”。《科学美国人》在 2014 年曾经发布一篇文章，题目也非常直接《 超对称玩完了 ？》 。

然而除了科学问题，更多的讨论则集中于强子对撞机的象征意义。丘成桐首先指出强子对撞机会使得中国成为粒子物理学的新中心，项目建成后，至少会有五六千名各国一流科学家为做实验举家迁往中国，且长期居住。这对中国的科技水平有极大的促进作用。除此之外，强子对撞机有利于增强民族自豪感，也是中国的民族尊严得到体现的表现。丘成桐甚至在文中激动地写： “今日的中国，已非吴下阿蒙，难道不需要为这个人类最崇高的理想作出贡献？难道我们只是在游戏机、在房地产、互联网上赚点好处，就心满意足？在我记忆所及，中外古今都还没有过这样的大国！” PingWest 记者看到，部分支持派网民将此与 “ 郑和下西洋 ” 做比，希望政府不要失去下一次科技革命的机会。

而反对者则认为，强子对撞机实际上是一个国内出钱供国外人和设备表演的无底洞。杨振宁指出 “ 其设计，以及建成后的运转与分析，必将由90%的非中国人来主导。如果能得到诺贝尔奖，获奖者会是中国人吗？”。知乎用户 “ rendao ” 贴出一张图，证明核心设备仍然是西门子。

　　

更重要的是，很多反对者认为，中国仍然是发展中国家，有更加需要的项目如民生需要投入。即便在科研中，国内仍需要更多的基础人才培养，学术环境改善，物理学处于也有更实证，见效更快的方向，在这些都未加强的情况下，投入一个可能上百年才会对人类生活产生改变的方向，实在太过奢侈。在国内新闻评论网站观察者网，许多网民认为美国不要的设备，搬到中国来，是“不安好心”。针对支持派的“郑和下西洋”，也有人指出这是一次类似于郑国渠的 “ 疲秦之计 ” 。

　　

（华人物理学家杨振宁）

　　 反思：科学的未来与公众的关系是？

大型强子对撞机的争议还在发酵，但目前而言，论战双方都开始更多诉诸如民族主义一样公众情感而非科技论证。这似乎暗喻一个事实：像西方许多国家一样，中国的科技发展也在越来越受到社会，尤其是公众舆论的影响。

传统意义上，科学曾经是一个独立的技术领域，但是随着科技的发展，科技所需要的成本越来越高，对社会其他部分的依赖越发的强。尤其是对于对撞机这样投入极高，时间极慢的基础性研究，势必要得到更多的社会或经济支持。因此，科学和公共舆论关系越发紧密。从正向看，对于环保、反核、动物权利的呼吁，多多少少制约了科学发展的负面作用，使之更加注意人道和社会有益。但有时部分科学进步也要考虑民间的反馈和意见，从而对这些学科发展造成影响。但如少数人将正常的科学研究分歧诉诸政治话语，其结果往往如同苏联的 “ 李森科学派 ” 一样非常糟糕。

中国人对此并不陌生，“ 郑和下西洋 ” 是一个令许多中国人都印象深刻的故事。明朝官员对于郑和下西洋徒费钱财、缺乏回报的谴责，在当时的历史情况下不能说没有道理。但结果是间接使中国错过了地理大发现的行程。今天的网民距离尖端科学，比当初的明朝官员距离航海费用要远得多，但公共舆论却已经成为了新的 “ 言官 ”。如何平衡科学要求与社会其他发展之间的关系？如何保证科学发展不会成为少数人决策多数人接受的结果，但又不会影响到科学的独立性？这些问题是需要人们去思考的。

微信订阅 PingWest 品玩请关注公众号：wepingwest ，有品好玩的科技，更早一步看到。