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龍科多:游說中國建超級對撞機 是美國的戰略忽悠嗎
關鍵字: 對撞機巨型對撞機超級對撞機加速器丘成桐超弦理論高能物理LHC很可能無法做出超越“標準模型”的結果,如果中國要建下一代的加速器,花費可能超過500億美元,而99.999%的可能在尋找超對稱上一無所獲。畢竟,LHC還是得到了“上帝粒子”這個安慰獎,盡管這是它設計之初最起碼的要求。當然,除了超對稱,下一代加速器也未必注定一無所獲,如果暗物質是一種中微子或軸子,若被發現也能超越“標準模型”,但這并不能解釋更高能階的物理。
難怪有網友感慨:“楊振寧對中國最大的貢獻就是大力推動學界放棄高能,集中力量研究材料物理。”要知道,1954年,楊振寧和他的學生米爾斯(Robert Mills)解決了非交換規范場論,為后來“標準模型”的建立作出了先驅性的貢獻,更可貴的是,他還能在這個問題上頭腦清醒。
美國為何下馬超級對撞機
作為一門極端依賴國家的投入與組織的學科,高能物理在20世紀爆發性地瘋狂發展,恰逢二戰前后及冷戰時期。隨著冷戰結束,高能物理也迎來了衰弱期。凝聚態物理、材料物理、生物醫學等則在和平年代迎來了機會。
在1990年代初期,美國開始了新一代的對撞機計劃,設在德州,叫SSC(超導超級對撞機)。數年之間,其預算從最初的30億美元不斷增加至110億美元,最后在已經投資20億美元并取得一些成績的情況下,于1993年因國會干預而被迫下馬。
此次在海峽對岸,撰文提醒中國領導人不要被“忽悠”的王孟源博士,其導師諾貝爾獎得主溫伯格(S. Weinberg)就支持建造SSC,理由是可以滿足科學發現、學習、競爭、協作、未來發展等等的需要,有助于鞏固美國在基礎物理學方面的世界領先地位;在科學研究上能夠帶來突破性新發現;在經濟方面可以給美國提供上千的就業機會,并帶動相關領域的發展;建成之后還可以在教育、醫療等相關民用領域起到不可估量的作用。因此,盡管耗費巨大但物有所值。
反對建造SSC的科學家,主要是以諾貝爾獎得主安德森(P. W. Anderson)為代表的應用物理學家,從事宇宙背景微波輻射研究的諾貝爾獎得主彭齊亞斯(A. Penzias)等人。反對的理由,除了之前所分析的前景渺茫,還有如下這些:SSC解決的只是物理學中的基本問題,而非科學的基本問題;它只是解決物理學中基本問題的途徑之一,而非唯一途徑;建造它需要大量的科技人才,這些人才資源的耗費將給其它同樣需要科技人才的行業帶來巨大的損失;建造它還將影響政府對其它科研項目的投資。
最終,SSC垮了,歐洲以為這是在“尖端科學”上超趕美國的大好良機,然而LHC卻成了一個燒錢的無底洞,自1998年至2008年,耗費十年建成,且嚴重超支了預算,又只能咬牙走下去。雖然有“上帝粒子”這個安慰獎,但美國在高能物理界的地位并沒有被反超,因為超出“標準模型”的前沿理論根本就無法做實驗。
中國要不要建自己的對撞機
如果說超級對撞機是一場“大忽悠”,也不能就此陰謀論地說這是美國的“戰略忽悠”,像丁肇中等高能物理學家,也一直在以暗物質等令人興奮的幌子,“忽悠”美國國會更多的經費。
過去幾十年,中國也開始了在高能物理學領域的投入。
上世紀80年代,在鄧小平支持下,中國就建造了正負電子對撞機。
丁肇中領導的AMS計劃,集中了全世界一大批科學家,中國也參與其中。這是人類第一次在太空中使用粒子物理精密探測儀器和技術的實驗。
由中方主導,2006年立項的大亞灣中微子實驗,則是中國基礎科學領域目前最大的國際合作項目。2016年,首席科學家王貽芳還獲得了由扎克伯格、馬云等富豪設立的“基礎物理學突破獎”。作為中科院高能物理研究所所長,王貽芳也是中國新對撞機計劃的支持者。
王貽芳此前曾為中國建下一代對撞機算了一筆賬:“預計經費占國家GDP的比例,比三十年前中國政府決定建設高能所的北京正負電子對撞機占當時國內GDP的比例還低。20年后,中國將成為世界最大的經濟體,也很有理由建造世界最大的加速器。”
他還認為:“日內瓦的歐洲核子中心,自從它有了世界上最大最先進的加速器后,歐洲就代替美國成為了世界高能物理的中心。這是美國結束了得克薩斯州的超級超導加速器的后果,是美國的悲哀。”
2014年清華大學舉行的論壇:“希格斯粒子發現之后:基礎物理學向何處發展”,論壇由丘成桐(左一)主持,王貽芳(右一)也在現場,超弦教主Witten也發表了演講,發言共有包括2名諾獎得主在內的7名外國專家
不過,這僅僅是高能物理界的一個超級玩具。無論從商用民用價值還是帶動產業升級的角度,做粒子物理實驗用的加速器,都不能滿足。中國是否需要,什么時候需要這樣一個超級玩具,則是國家領導人必須慎重考慮的問題。
在人類征服自然的無數夢想中,控制高能量可能是目前為止最瘋狂、最大膽的一個。在不少科幻小說的情節中,LHC的某次實驗意外,會導致世界末日、宇宙發生某種異常等無法預料的場景。剛剛過去的20世紀,核爆炸的記憶則成了無數人的夢魘,也是包括愛因斯坦在內的那一代物理學家們畢生無法回避的話題。
剛剛過去的2015年,是愛因斯坦的“廣義相對論”誕生100周年。高能物理學的未來,很可能就要取決于中國的這個慎重決定了。
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