杨振宁，究竟在为何而战？

点击：  作者：蒋校长    来源：蒋校长  发布时间:2019-12-19 10:34:39

 

        极少能有哪个前沿尖端科研项目如同环形正负电子对撞机(CEPC)这样，正在筹备阶段就引得举国关注。

对于非科研从业者而言，这是一个原理、成果、应用都非常遥远的项目，假如不是媒体的报道，全国乃至全世界百分之99.99%以上的人，终其一生也不会和CEPC有任何关联。

 

CEPC项目由中国科学院高能物理研究于2012年提出，七年之间，争议一刻未曾停止。

中科院提出的预算超过千亿，为中国科研单项目成本之最；

最顶级的华人科学家杨振宁、丘成桐、丁肇中，全部针对这个项目多次发声论辩。

2016年，杨振宁更是发文《中国今天不宜建造超大对撞机》，连发七剑，剑剑直指CEPC心脏。

 

新一轮高潮来自于一周前，一篇《杨振宁的最后一战》的文章刷爆全网并引发争议，多位学者公开抨击观点偏颇，内容失实。

CEPC、杨振宁、中科院、高能物理....这是一场深奥莫测又错综复杂的局。普通读者在各类科普文和专家学者的狂轰滥炸中，反而越看越迷惑，越看越不懂。

CEPC背后的所有人，究竟在为何而战？

本文可以不自矜的对所有读者说一句——

以我为准。

一 开炮，轰他娘的

《庄子》中有一句话：“一尺之棰，日取其半，万世不竭。”

饶有深意。

这句话翻译过来是：一根棍子不停的对半分开，是能够无限分割下去的。

玄之又玄，众妙之门。

庄子问出的哲学问题，本质上是一个物理问题，直接指向一个困扰人类的永恒问题：世界上的所有物质最小的构成单位是什么？

经过了两千多年的探索，当然可能是九年义务教育的学习，我们在初二初三的时候，终于知道，物质的基本构成单位是原子。

 

可原子并不是终点，再往下分割，我们又能得到什么？

随着对原子内部探索的开启，近代物理学史上的“黄金岁月”就此拉开帷幕。

粒子对撞机，就是打开原子内部的“手术刀”。

最小的氢原子半径是5.28*10-9m，一个氢原子和一粒芝麻比较，约等于一个排球和地球比较。

 

▲ 一根头发丝的直径，等于五十万个碳原子排成一列

想要打开这样小的原子，只有一个办法，那就是用同样小的原子和它进行对撞，两个原子对撞之后，才能将内部的东西“撞出来”。

但这需要一个前提，就是两个原子之间的速度足够快，越快所具备的能量也就越大。只有撞击的能量足够大，两个原子才能粉身碎骨，我们才能从“碎片残骸”中拿到足够多的有价值信息。

如何给粒子提供一个极高的速度，需要两个条件，一个是提供力（这点很复杂，不展开论述），另一个条件就是，给粒子一条足够长的跑道。

就像是超跑加速，马力再强的跑车，也需要一段初始赛道把速度拉起来，赛道越长，加速就越充分。

对撞机，就是给原子提速的“加速炮筒”。炮筒越长，炮弹的速度就越大。

 

两架大炮，炮筒相对，同时拉栓，炸开两个粒子，这就是几代高能物理学家（包括杨振宁）一直重复在做的事情。

二 眼见它高楼起 眼见它烂尾了

这个世界上最幸福的科学家，是物理学家。

最不幸的科学家，是高能物理学家。

横向对比，世界上没有任何一个学科（尤其是基础学科）所取得的成果可以超过物理。在学科研究的最终体系上，物理学已经无限意义上的接近于终点。

 

▲ 这边的施一公刚雄心壮志的喊出“二十一世纪是生物的世纪”，那边的物理学家已经把能研究的事情研究的差不多了。

一个最直接的体现就是，物理学基础课程已经几十年没有更新了——00后在大学物理课堂上学习的内容，和他们的爷爷奶奶当年学的内容，几乎没什么区别。

因为自爱因斯坦时代后，物理学的宏大结构和底层根基已经全部完成，剩下的工作都是在主体框架上添砖加瓦而已。

眼见着自己从事的学科领域高楼落成，规模初具，这是最让人为之欢欣鼓舞的事情。

但实际上，在物理学，尤其是理论物理研究领域，没人笑的出来。

高楼已经落成一个世纪了。

 

从上世纪初到现在的一百年里，主体结构只用了不到三十年的时间就拔地而起，大家都“乐观的”以为大厦竣工在即。但在最后的封顶环节，却始终拖拖拉拉的无法完成，而这一拖，就是七十年。

承担封顶施工任务的是高能物理研究者们，他们搭起一组又一组脚手架，运来一袋又一袋水泥沙子，热火朝天忙忙碌碌，但是封顶的这层楼，就是不见起。

《科学》带着一丝悲观的说：目前物理学家的一切活动，乃至思维框架，仍被限制在100年前物理学革命时期所限定的量子力学和相对论框架之内。

 

▲ 1927年的索尔维会议上，在众多顶级物理学巨匠中，最年轻的爱因斯坦独坐C位

一些“敢于面对现实”的研究者已经开始向现实屈服：如今的物理学基础研究是一潭死水。一个又一个实验返回的是毫无意义的结果。新的粒子、新的维度、新的对称性，通通都看不到。

物理学陷入到了无尽的黑暗当中，这是一场看不到方向的停滞。

封闭在一间密室中的人，翻遍所有角落仍然找不到钥匙后，就会歇斯底里的开始撞门。

躁动着、咆哮着、嘶吼着，无论能不能把门撞出一条缝隙，大家都必须这么做。

因为没有人甘心在黑暗中沉寂下去。

除了这么做，别无选择。

三 成也靠撞 X也靠撞

堕入黑暗之中的原因，归根到底还是在于方法。

从一百年前的突飞猛进，到最近五六十年的停滞不前，所有的研究都没有跳出爱因斯坦时代的窠臼。

高能物理学家采用的方法本质上没有任何进步。都是用更高的速度、更大的能量撞开尽可能小的粒子。

 

▲ 粒子对撞机旁的霍金，他坚信粒子对撞机有助于宇宙起源问题的研究

而想要得到的粒子越小或是越稀有，对撞条件就要越接近极限（光速对撞），也就越依赖大型对撞机的“超长加速跑道”。

大型粒子对撞机，就是所有高能物理学研究者开山破石的神兵利器。

可这就是问题所在。

事实上，对撞机产出成果的价值和速度，都在迅速降低。既无法填补上“遗留的空白”，又无法冲破原有的大框架开辟新的物理学研究领域。

理论物理学家霍森菲尔德冷静而无奈的说，“如果我告诉公众，建筑师花了四十年时间建造的房屋都倒塌了，那么，我又能提出来新的房屋建造方法吗？”

毕竟之前所有成果的得出都是建立在大型对撞机上，在没有革命性的其它理论或实验工具出来之前，大家都只能在这条越来越逼仄狭窄的路上一直走到黑。

 

▲ 卢瑟福最早应用粒子“对撞”原理，他用α射线轰击金箔，发现了原子核

抛开科学前沿中的深奥知识，其实双方争论的逻辑思路，和我们普通人之间没有任何区别。

就像是传统行业公司的一场项目讨论会，

反方一脸冷峻的坚持着：“这个领域内的项目已经明日黄花没有前途！”正方声嘶力竭的呼喊着：“不搞这个搞什么”、“不这么搞又能怎么搞”？

这是一场永远无法心平气和达成一致的争论。

“我不是必须这么搞，我是只能这么搞！”“甭管你怎么搞，这么搞肯定是不行！”

王贻芳（中科院高能物理研究所 所长）针对大型对撞机项目多番奔走，还有向公众科普，反复强调解释的事情实际上就是一句话：只有对撞机足够大，才有机会撞出更新的、更小的、更有价值的粒子。

 

▲ 王贻芳出席腾讯科学WE大会，再次向公众力推CEPC项目

对撞机就像是谢逊牢牢握住的屠龙刀，空有昔日名头，鲜有战果加身。

但它却是老狮王的唯一指望，“我还有屠龙宝刀，我还能号令天下”！

没有大型对撞机，一定无法取得突破；有了大型对撞机，也不一定能取得突破。

从某种意义上来说，建大型对撞机，是一场悲壮而无奈的豪赌。

想赌赢，看上去唯一的方法就是赌注够大。

4、能撞出来什么

大型对撞机的终极目标，叫希格斯粒子。

2012年的时候，欧洲大型强子对撞机（LHC）发现“疑似希格斯粒子”。

2013年，欧洲核子研究中心公开确认，此前发现的“疑似希格斯粒子”已经通过验证。

 

▲ 希格斯粒子通过验证后，发现者希格斯即荣获当年诺贝尔奖

物理学界额手相庆，欢腾一片。这个名字绕口的粒子还有另一个别称——上帝粒子。因为希格斯粒子，直接有助于解释一个困扰人类的终极问题——物体的质量是哪里来的？

在初高中物理和化学这两门课程的共同学习下，我们可以将物质“分解”到原子这个层面，同时也可以浅显且正确的认定：原子的质量主要集中在原子核上，而原子核的质量集中在质子和中子上。

一个原子核的体积是原子的几千亿分之一，质量却是99.96%。一个骰子那么大空间内装满原子核，质量将达到1亿吨。

好，应用初高中理化知识解释这个问题，基本上到这个程度就见底了。

再往下刨一步，为什么原子的质量主要集中在原子核上？

需要引入下一个概念，夸克。每一个质子和中子都是由三个夸克所构成的。所以夸克是物质质量的来源吗？答案是否定的。

质子和中子的质量来自于夸克之间的相互作用。是希格斯粒子弥散在空间中，形成希格斯场，质子和中子受到希格斯场的作用，最终获得了质量。

换言之，所有物体获得质量的来源，都来自于希格斯粒子。

那么希格斯粒子又是哪来的？

 

▲ atlas模拟的希格斯粒子衰变效果图

如果你能想到这一层的话，恭喜你，你已经占到了超能物理学研究的最前沿，这是无数高能物理研究领域内的专家想要知道的，也是建造大型粒子对撞机的最终目的。

“大量生产希格斯粒子，成为一个理想的希格斯粒子工厂”这是王贻芳对环形正负电子对撞机（CEPC）的定位。

这就是前文提到的赌注。想要成为希格斯粒子工厂，第一前提就是大。

只有足够大的对撞机，才能为海量粒子的对撞创造出极限条件；才有机会撞出足够多的希格斯粒子（希格斯粒子被撞出的概率不到百亿分之一）。

把对撞机建的尽可能大，是所有高能物理学家的梦想。

五 Party is over

1982年，美国一波物理学家联合提出了建造超级对撞机（SSC）的初步方案。

 

▲ SSC规划轨道长度超过100公里

彼时的美国学界政界，正在刮起一股贪多求快的浮躁之风，尤其是物理研究领域，大家都醉心在伟业将成的“大跃进”氛围中无法自拔。

第二年秋天，能源部批准了这项研究上马.，与此同时，刚刚拿下诺奖的温伯格也参与到项目的筹备中来。

 

▲ 因统一弱相互作用力与电磁作用的突出贡献，1979年温伯格荣获诺贝尔奖

1987年，温伯格的方案被递到了白宫的办公桌上，时任总统里根看了以后，几乎是不加犹豫的就完成了批复——“44亿就能碾过苏联，必须得干！”

拉队伍、规划、选址、研发，经过六年的准备后，到1993年1月，主体工程才开始动工。

但很快，情况开始“不对头了”。

用于安放对撞机的隧道刚挖了四分之一，总进度不到三分之一，就花掉了将近30亿美元，温伯格不得不重新提报方案，将工程预算上调到93亿美元。

这下子国会坐不下去了，刚动工半年就把预算翻一翻，这要是再干半年，这不得冲着200亿美元去了？

众议院和参议院组织了几轮投票，最终达成一致：及时止损，毙掉SSC项目。

时逢1991年苏联解体，美国人又半途而废，扛鼎之任被交到了欧洲手中。

1994年，欧洲核子研究中心批准了欧洲大型强子对撞机（LHC）的立项，只是在规模上，精打细算的欧洲人没有美国人那么冒进。

 

▲ 法国与瑞士边境上的LHC

LHC的轨道周长只有SSC的三分之一，并且用的还是核子研究中心现场的隧道和基础设施。

即便如此，这个工程也足足耗时14年之久才完成。工程实际花费90亿美元，相较预算超支350%。

并且还漏洞百出。

2007年3月，一个三级超导磁铁因为支撑架设计不良，在压力测试时破损，工程整体延后了半年多才完成。

2008年9月，刚刚开机后九天，电路就被烧坏了，事故调查再加上检修，又耽误了半年多才完事。

最终完工后的“豆腐渣工程”，只能以原设计能量的一半运行。

2012年7月4日，以每秒千万次撞击的强度经年累月的撞击后，LHC终于撞出了希格斯粒子。

 

▲ 美国杂志将发现上帝粒子列为2012年十大成就之首

然后呢？

早在48年前的1964年，关于希格斯粒子存在的猜想便已提出并得到主流学界的认同。

除了希格斯粒子外，另外一个被寄予厚望的——超对称粒子，根本就一无所获。

对撞的能级已经达到预测出现“超对称粒子”能级的十倍以上，可不仅没有撞出超对称粒子，反而发现原始预测参数的99.9%以上都是错的。

对于LHC而言，没有成果，就是最大的成果。翻译过来就是：花钱买教训。

正如杨振宁说所的“Party is over”，属于高能物理的盛宴已过。

 

▲ 巨资建造的LHC，成果并不能让人满意

“七十年来，高能物理的大成就对人类生活有没有好处呢？没有。假如超大对撞机能实现，而且假设其真正成功的将高能物理推进一大步，对人类生活有没有实在好处呢？短中期不会有，三十年，五十年内不会有。”

这是杨振宁的原话，一字一句就像是冬天里的钢铁，冷的能敲出声响。

六 物理学的珠峰，藏在对撞机里

王贻芳为CEPC报出的预算是：一期400亿人民币，二期1000亿人民币（杨振宁预估的数字是200亿美元，出入不大），目前仅考虑第一期。

这个预算是一个什么概念？我们可以横向对比一下。

被称为“中国天眼”的超大型球面射电望远镜，造价是12亿人民币；

上海迪士尼乐园的造价是380亿人民币；

北京大兴国际机场的造价是800亿人民币；

港珠澳大桥的造价是1200亿人民币；

 

▲ 世界上最长的跨海大桥——港珠澳大桥

很多人都在用这些数字具象化的类比CEPC的预算。“400亿只是修100多公里高铁的钱，这钱国家完全拿得出来！”

当然，你也可以反向诘问：有这钱，再去给大凉山里修两条铁路不行？

张晓风有一句话：生命是一桩太好的东西，好到你无论选择什么方式度过，都像是一种浪费。

把这句话的主语换成“钱”，也依旧合适。

国家拿出的投入，为偏远地区修路，为农村纳入医保，为大学更换教学设备，你很难说出来哪个更正确，哪个更重要。所以我们无法以“值或是不值”的视角去评价CEPC的建设。

反对的人认为这钱花的不该。支持的人认为这事很有意义。

真理本应愈辩愈明。可到目前为止，两方人的辩论不是在驳斥对方的观点错在哪里，而是在坚持自己的观点一定是对的。

恰当的类比对象，应该是攀登珠峰。

 

为什么要攀登珠峰？最著名却又“最无用”的是英国人马洛里的那句话：因为山在那里（Because it is there！）

为了到达“那里”，自上世纪二十年代起，已经有395名登山者的尸体被永远埋在珠峰的皑皑白雪下。

除了1960年中国登山队那次攀登是为了争夺珠峰主权外，其他所有人踏上登山之路的动机，本质上都是马洛里那句话。

 

这是一种征服与超越的快感。

探险家的珠峰，在中尼边境上耸立着，

物理学家的珠峰，就在大型对撞机的粒子里藏着。

我们可以说，高能物理学目前的成果短期内没有意义，但我们决不能否定物理学求知与科研本身的意义。

高能物理学跑的很快，跑到了难以突破的瓶颈，但这却不能成为我们不让它前行的理由。

公众无法理解高能物理学往前迈进一步有什么意义，亦如普通人无法理解冒险家付出生命的代价去登山是为了什么。

但无论我们理解与否，那都是他们毕生为之追逐的生命意义。

七 需要的不只是成果，更是CEPC本身

大型对撞机的成果，在短期内用不上。

这是高能物理学派“缄默的共识”，即便是王贻芳也从未针对“成果短期无用”这一点给出正面回应。

 

▲ 杨振宁力战丘成桐+王贻芳

甚至王贻芳也在不断的给自己“留有后路”，他表示项目将分两期启动，第一期的预算在400亿，并且在取得重大成果后，才会开始筹备第二期。

假如项目第一阶段没有重大成果，也没有重大技术突破，是不是就意味着这400亿的赌注“打了水漂”？

所以王贻芳一直在强调项目的“溢出效应”，即项目可以对更多的领域辐射和赋能，即产生预期之外收益。

支持建设超大粒子对撞机的另一个代言人丘成桐也表示：

“项目建成后，至少有五六千名一流物理学家会为了做实验举家迁往中国定居。几千个智慧的头脑汇聚于此，会自动的产生很多重要的，超越物理领域的技术和学问。”

丘成桐的话里，很有一种“但行好事，莫问前程”的味道。

两个人都认为，“抠抠搜搜”的LHC无法满足高能物理学者的需求，大家想要出成果，必须依赖更大更强的CEPC。所以只要是CEPC这个戏台子搭好了，甭管来唱戏的唱的是哪一出，那都是个顶个的精彩！

有了梧桐树，自来金凤凰。

五六千个顶级物理学家在相当长的时间内汇集在中国，所诞生的研究成果，对物理学研究的推动，甚至是对整个中国的科研事业，都将产生不可估量的正面影响。

随便畅想一下，欧洲核子研究中心的大牛们频繁往返中欧，受聘于国内的大学后，将为多少学子打开赴欧顶级名校的学习大门。

几千个科学家的思维碰撞，将为中国带来什么样的成果，这太让人期待而激动了。

 

▲ 我们现在用的www网页技术，最早就是欧洲核子中心用于同步数据的产物

这不是本末倒置，这恰恰是王贻芳推动CEPC的“护城河”。

立项的最大目标是为了出成果，但就算没出成果，团队能力的提高与进步，这也都是实打实的收获。

物理学需要的是CEPC的成果，中国需要的是CEPC本身。

王贻芳在公开采访中说了这样一段话：中国究竟是要做一个二流国家还是要做一个一流国家，要做二流国家，去他处做没问题，省钱。但是要做一个一流国家，对不起，不可以这样”

很多人都说王贻芳在“上纲上线”的做政治绑架。的确，超大型的对撞机当然不是成为一流国家的充要条件。

“敢为天下先、老子就是要干”，这种舍我其谁的霸气，才是成为一流国家的充要条件。

在过去的四十年甚至七十年中，我们一直扮演着“追赶者”的形象，而做追赶者的条件是，我们的前方要有人。

但现在，越来越多的领域我们已经进入或者即将进入“无人区”，不仅没有前人告诉我们应该怎么搞。身后还有一大群人眼巴巴的看我们准备怎么搞。CEPC就是这样一个情况的真实写照。

我们是慢两步等一等，观察一下左右两侧的人，还是甩开膀子冲上去？

是用十年的时间和400亿，上马一个世界级的科研项目，冲击物理学的最高峰并享受巨大的“溢出效应”。

还是暂时放缓高能物理研究的脚步，将经费匀到其它周期更短，回报与成果更可控的研究领域。

当问题全面而深入的讨论到这个程度上时，CEPC已经不再是二选一的客观题，它变成一道开放性答案的主观题。

双方的理由都是充分且正当的，建或者是不建，均无不妥之处。

物理学家眼中，CEPC是物理问题，社会公众眼中，CEPC是钱的问题。

而深入且长远的来看，CEPC终究是政治问题。

言尽于此，挂一漏万。

来源于蒋校长 ，作者蒋校长