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中国现在是否该花1400亿建超大对撞机?杨振宁为何极力反对?

2024-08-29科学

杨振宁先生 1922 年出生,得过诺贝尔物理学奖,是物理学界的大佬。但他年纪大了,身体不行了,近些年对学术界的事过问得越来越少了。

当中国考虑是否出资 1400 亿元建设大型粒子对撞机时,他却突然发声强烈反对,并将自己的观点写成文章发表,引发了广泛讨论。

有人支持建对撞机,有人反对,双方各有代表人物。正方是丘成桐和王贻芳,他们支持建设;反方是杨振宁和王孟源,他们反对建设。

他们四个的类似「神仙打架」的科学论战,在世界学术界和各国社会都引发了强烈反响。

这么重要的对撞机,竟然要花 1400 亿去建,还引得科学家们吵得这么凶?

战况到底是啥样啊?

【粒子对撞机是何物?】

在开始说这场论战之前,为了让大家对其中几个概念有初步了解,能更好地理解这场论战,先来看段通俗但有点费脑的预热。

那咱先简单说一下,「粒子对撞机」里的「粒子」是啥意思。

很多人都晓得,我们用眼睛能看到的所有物质,其实都是由分子构成的,而分子又是由单个或多个原子组成的,原子是我们大多数人所了解的比较基础的粒子。

但是,物理学家觉得,世界上最基础的粒子,是比原子还小的 12 种基本粒子,这些粒子是构成原子的更基础单元。

这些粒子有 6 种夸克和 6 种轻子,这两个名字对很多人来说比较陌生,不过举两个例子就好理解了。

原子里有原子核和电子,原子核里有很多夸克,而电子是一种轻子。

这些名词不用大家记,只要了解粒子科学家们研究的是 12 种基本粒子就好啦。

进入正题,先说说四位科学家辩论时围绕的「粒子对撞机」。

这种东西实际上就是字面意义上的让粒子对撞的机器,这里的粒子指的是前文提到的 12 种基本粒子。

那为什么要让这些粒子对撞呢?直接让粒子撞在一起,不就把它们撞坏了吗?

不是这样的。

微观世界的基本粒子实在太小了,用显微镜都看不到。

这些粒子携带的能量虽小,但体积超级小,所以驾驭能量的能力几乎为零,因此总是处在不间断的运动之中,被能量「驾驭」着。

所以,根本无法静止获取、分析并掌握它们的特点,只能从运动状态去研究它们。

这可就遇到麻烦了,这些粒子本身的运动速度太慢了,我们根本无法充分了解它们,所以只好给它们加速,通过人为施加的高速来掌握它们的特点。

于是,粒子加速器就这么出现了。它通过给粒子加速,让人类研究基本粒子的能力大大提升。不过,这还没完呢,粒子的故事还在继续呢!

要是只让种类相同的粒子加速奔跑,可研究不出粒子之间的相互作用,更难知道粒子咋组成物质世界,所以对撞机就出现了。

粒子对撞机就是把粒子加速后相互撞一下,在撞击中研究粒子间相互作用的规律,或者产生出新粒子,用于实际社会。

不同种类的粒子要通过不同的对撞机来相互碰撞,比如,让带正电的电子和带负电的电子对撞的机器,叫「正负电子对撞机」;让质子和质子对撞的机器,叫「质子质子对撞机」。

【科学家相继加入论战】

1954 年,多国研究员在瑞士共同创建了欧洲核子研究组织,以便深入研究粒子,探索物质构成的秘密,后来这个地方也被称为「欧洲核子中心」。

我举个例子,大家就知道欧洲核子中心在学术界的地位了。

为了让科学家能及时交流,这儿的研究人员根据成果造出了万维网,也就是后来的互联网,欧洲核子中心的研究成果,让我们拥有了今天的互联网世界。

1994 年,欧洲核子中心着手打造大型强子对撞机,历经 14 年才竣工,耗资约 100 亿美元,它至今仍是全球最大的粒子对撞机。

在这座世界最大的对撞机开始建设前,我们国家在 1988 年就已经建成了自己的第一台对撞机,叫北京正负电子对撞机。

我国用这台对撞机取得了很多研究成果,最突出的是 2013 年发现了一种新粒子,被命名为 Zc(3900),还被美国物理学会评为 2013 年 11 大物理学成果之首。

后来物理学研究深入,华人物理学家就想建大型粒子对撞机,这是丘成桐先提的议。

不过,由于要花很多钱,至少得 200 亿美元(大概 1400 亿人民币),所以一提出来就有人反对,四位科学家的论战也就此展开。

首先表示反对的是哈佛大学的博士王孟源,他在 2016 年初把自己的意见发表在观察者网。

虽然丘成桐和王孟源都是哈佛毕业的,但丘成桐是教授,王孟源是博士,所以丘成桐对王孟源的看法不太重视,想再找个人「评评理」,而且要找更厉害的物理学家,他就想到了杨振宁。

杨振宁是诺奖得主,是物理学界的大牛,他的意见大家可得听进去啊!

所以丘成桐想让杨振宁也参与进来,就隔空喊话杨振宁,问他是不是也反对造大型对撞机。

杨振宁先生收到这份邀请后,很配合地参与了辩论,并把自己的观点写成一篇长文,于 2016 年 9 月 4 日发表了出来,文章的题目是【中国今天不宜建造超大对撞机】,引发了热烈讨论。

到目前为止,对建造对撞机这件事,有话语权的学术界人物中,一个人支持,两个人反对。支持者是丘成桐,反对者是王孟源和杨振宁,辩论的天平好像更倾向于反对的那一方。

就在这时候,又有一位物理学界的厉害人物出现了,把天平给扳回来了,他就是现任中科院院士的王贻芳。

他不仅是科学院院士,还是高能物理研究所的所长,绝对是国内顶尖的高能物理学家。

杨振宁发表文章后第二天,王贻芳发文反驳。

这样一来,四位科学家都参与了辩论,辩论的主题是中国是否应该建造大型对撞机,而所有的观点都是基于所考虑的几种因素展开的讨论。

因为每个人的观点都在各自文章里,混在一起太乱了,所以根据他们考虑的几个方面,来给他们的观点做个清晰的总结和解读。

【耗资1400亿的对撞机,该不该建?】

先来说说「大型对撞机对人类发展有没有好处」这个问题的争论。

王贻芳院士最先提出了对撞机过去对人类进步的贡献。

假设对撞机研究出的粒子被用于制造大功率微波的功率源,那它就能在通信技术、雷达技术等领域大显身手。

此外,火箭发动机、大型低温制冷机等设备也采用了对撞机的研究成果。

作为反对方的王孟源对王贻芳所列举的这些粒子进行了批驳,他表示:

这些都是粒子对撞机在早期研究中获得成果的应用。

但是 20 世纪 50 年代人类研究微观领域后,随着各种粒子被发现和应用,越往后就越难发现新粒子。

所以王贻芳列举的那些以前的事例,根本不能用来证明对撞机在未来的价值。

另一个反对的人杨振宁在文章中说:

即便大型粒子对撞机建成了,短中期内也很难有科研成果惠及人类,有价值的成果少说要等 30 年,多说要等 50 年,所以现在没必要急着建,可以再等些年。

除了能否造福人类外,杨振宁教授还对能否通过对撞机发现新粒子表示反对。

杨教授觉得:

物理学界现在有两个待解决的大问题,一是还没统一质量和力量,二是还没深入了解引力,为了解决这俩问题,好多人都想通过大型对撞机找一种叫「超对称粒子」的东西。

不过,超对称粒子只是科学家提出的标准模型,到现在都还没人发现呢。

杨振宁表示,现在没有凭据能表明人类一定能发现超对称粒子,所以建大型对撞机的意义没那么大。

王贻芳不同意杨振宁的观点,他觉得:

实验物理学家参考理论物理学家的预言,但不能依赖,因为实验也是扩展物理理论范围的一种途径。

虽然现在「超对称粒子」还只是个理论模型,但这并不意味着用实验就找不到它。说不定实验条件一进步,就能找到这种粒子呢。而建造大型粒子对撞机,就是在改善实验条件。

除了这两个因素,他们还讨论了一个很接地气的问题:民生发展和科学研究哪个更重要?

杨老觉得,咱们国家虽然经济越来越强了,但到底还是个发展中国家,而且人还多,财政支出得用在教育、医疗这些地方啊。

就算把科研支出拿来建大型对撞机,也得支撑很多项目的推进啊,要是突然掏出这么多钱来,其他科研项目就会受影响,财政在民生上的支出也可能会受影响。

要是从对撞机里没搞出啥有用的科研成果,那可就亏大了。

对于杨振宁先生的担忧,丘成桐有自己的看法,他说:

很多科学研究最初都不知道有啥用,都是成果出来后才派上用场,所以看科学研究的潜在价值,不能光看眼前,得用投资的眼光去投入。

正方的王贻芳也表示:

科学研究和民生发展不冲突,科研成果出来后能推动民生发展。

整体来说,科学研究对民生发展很重要,我国建造大型粒子对撞机,既能为民生持续发展提供科学基础,又能让我国在粒子研究领域领先国际。

西方的科学发展古已有之,而我国千百年来一直只有技术而缺乏科学,直到20世纪初期才开始真正的科学研究。

在我国科学研究起步较晚的情况下,更应该奋起直追,在国家和平崛起的过程中,把握住机会,迎难而上,尽快让我国整体的科研水平走在世界前列。

科学家们辩论得很精彩,每个观点都有依据。此外,杨振宁先生还提出了一个重要因素:

我国现在缺少搞粒子研究的尖端人才,要是建大型粒子对撞机,得请不少外国专家。

到时候整个团队里外国人会过半,那无论出啥研究成果,都很难保密了。

杨振宁先生考虑得很周全,但正方的王贻芳和丘成桐对保密这一点不太在意,他们觉得:

对撞机建成之初需要外国专家,建成后,我国也会加速培养相关人才。

即便前期取得了科研成果,保密工作也只需针对少数核心机密,难度没那么大,后期外国专家比例自然会慢慢降低。

在这场论战中,丘成桐、王贻芳是正方,杨振宁、王孟源是反方,他们都是爱国的,从不同角度出发提出了看法,观点无对错之分。

但他们讨论的核心,不在于要不要建,而是现在建还是以后建。

他们都认为我国将来一定会建成超大型粒子对撞机,推动我国粒子科研进入新阶段。