楊振寧，究竟在為何而戰？
點擊： 作者：蔣校長 來源：蔣校長 發布時間:2019-12-19 10:34:39
極少能有哪個前沿尖端科研項目如同環形正負電子對撞機(CEPC)這樣，正在籌備階段就引得舉國關注。
對于非科研從業者而言，這是一個原理、成果、應用都非常遙遠的項目，假如不是媒體的報道，全國乃至全世界百分之99.99%以上的人，終其一生也不會和CEPC有任何關聯。
CEPC項目由中國科學院高能物理研究于2012年提出，七年之間，爭議一刻未曾停止。
中科院提出的預算超過千億，為中國科研單項目成本之最；
最頂級的華人科學家楊振寧、丘成桐、丁肇中，全部針對這個項目多次發聲論辯。
2016年，楊振寧更是發文《中國今天不宜建造超大對撞機》，連發七劍，劍劍直指CEPC心臟。
新一輪高潮來自于一周前，一篇《楊振寧的最后一戰》的文章刷爆全網并引發爭議，多位學者公開抨擊觀點偏頗，內容失實。
CEPC、楊振寧、中科院、高能物理....這是一場深奧莫測又錯綜復雜的局。普通讀者在各類科普文和專家學者的狂轟濫炸中，反而越看越迷惑，越看越不懂。
CEPC背后的所有人，究竟在為何而戰？
本文可以不自矜的對所有讀者說一句——
以我為準。
一 開炮，轟他娘的
《莊子》中有一句話：“一尺之棰，日取其半，萬世不竭。”
饒有深意。
這句話翻譯過來是：一根棍子不停的對半分開，是能夠無限分割下去的。
玄之又玄，眾妙之門。
莊子問出的哲學問題，本質上是一個物理問題，直接指向一個困擾人類的永恒問題：世界上的所有物質最小的構成單位是什么？
經過了兩千多年的探索，當然可能是九年義務教育的學習，我們在初二初三的時候，終于知道，物質的基本構成單位是原子。
可原子并不是終點，再往下分割，我們又能得到什么？
隨著對原子內部探索的開啟，近代物理學史上的“黃金歲月”就此拉開帷幕。
粒子對撞機，就是打開原子內部的“手術刀”。
最小的氫原子半徑是5.28*10-9m，一個氫原子和一粒芝麻比較，約等于一個排球和地球比較。
▲ 一根頭發絲的直徑，等于五十萬個碳原子排成一列
想要打開這樣小的原子，只有一個辦法，那就是用同樣小的原子和它進行對撞，兩個原子對撞之后，才能將內部的東西“撞出來”。
但這需要一個前提，就是兩個原子之間的速度足夠快，越快所具備的能量也就越大。只有撞擊的能量足夠大，兩個原子才能粉身碎骨，我們才能從“碎片殘骸”中拿到足夠多的有價值信息。
如何給粒子提供一個極高的速度，需要兩個條件，一個是提供力（這點很復雜，不展開論述），另一個條件就是，給粒子一條足夠長的跑道。
就像是超跑加速，馬力再強的跑車，也需要一段初始賽道把速度拉起來，賽道越長，加速就越充分。
對撞機，就是給原子提速的“加速炮筒”。炮筒越長，炮彈的速度就越大。
兩架大炮，炮筒相對，同時拉栓，炸開兩個粒子，這就是幾代高能物理學家（包括楊振寧）一直重復在做的事情。
二 眼見它高樓起 眼見它爛尾了
這個世界上最幸福的科學家，是物理學家。
最不幸的科學家，是高能物理學家。
橫向對比，世界上沒有任何一個學科（尤其是基礎學科）所取得的成果可以超過物理。在學科研究的最終體系上，物理學已經無限意義上的接近于終點。
▲ 這邊的施一公剛雄心壯志的喊出“二十一世紀是生物的世紀”，那邊的物理學家已經把能研究的事情研究的差不多了。
一個最直接的體現就是，物理學基礎課程已經幾十年沒有更新了——00后在大學物理課堂上學習的內容，和他們的爺爺奶奶當年學的內容，幾乎沒什么區別。
因為自愛因斯坦時代后，物理學的宏大結構和底層根基已經全部完成，剩下的工作都是在主體框架上添磚加瓦而已。
眼見著自己從事的學科領域高樓落成，規模初具，這是最讓人為之歡欣鼓舞的事情。
但實際上，在物理學，尤其是理論物理研究領域，沒人笑的出來。
高樓已經落成一個世紀了。
從上世紀初到現在的一百年里，主體結構只用了不到三十年的時間就拔地而起，大家都“樂觀的”以為大廈竣工在即。但在最后的封頂環節，卻始終拖拖拉拉的無法完成，而這一拖，就是七十年。
承擔封頂施工任務的是高能物理研究者們，他們搭起一組又一組腳手架，運來一袋又一袋水泥沙子，熱火朝天忙忙碌碌，但是封頂的這層樓，就是不見起。
《科學》帶著一絲悲觀的說：目前物理學家的一切活動，乃至思維框架，仍被限制在100年前物理學革命時期所限定的量子力學和相對論框架之內。
▲ 1927年的索爾維會議上，在眾多頂級物理學巨匠中，最年輕的愛因斯坦獨坐C位
一些“敢于面對現實”的研究者已經開始向現實屈服：如今的物理學基礎研究是一潭死水。一個又一個實驗返回的是毫無意義的結果。新的粒子、新的維度、新的對稱性，通通都看不到。
物理學陷入到了無盡的黑暗當中，這是一場看不到方向的停滯。
封閉在一間密室中的人，翻遍所有角落仍然找不到鑰匙后，就會歇斯底里的開始撞門。
躁動著、咆哮著、嘶吼著，無論能不能把門撞出一條縫隙，大家都必須這么做。
因為沒有人甘心在黑暗中沉寂下去。
除了這么做，別無選擇。
三 成也靠撞 X也靠撞
墮入黑暗之中的原因，歸根到底還是在于方法。
從一百年前的突飛猛進，到最近五六十年的停滯不前，所有的研究都沒有跳出愛因斯坦時代的窠臼。
高能物理學家采用的方法本質上沒有任何進步。都是用更高的速度、更大的能量撞開盡可能小的粒子。
▲ 粒子對撞機旁的霍金，他堅信粒子對撞機有助于宇宙起源問題的研究
而想要得到的粒子越小或是越稀有，對撞條件就要越接近極限（光速對撞），也就越依賴大型對撞機的“超長加速跑道”。
大型粒子對撞機，就是所有高能物理學研究者開山破石的神兵利器。
可這就是問題所在。
事實上，對撞機產出成果的價值和速度，都在迅速降低。既無法填補上“遺留的空白”，又無法沖破原有的大框架開辟新的物理學研究領域。
理論物理學家霍森菲爾德冷靜而無奈的說，“如果我告訴公眾，建筑師花了四十年時間建造的房屋都倒塌了，那么，我又能提出來新的房屋建造方法嗎？”
畢竟之前所有成果的得出都是建立在大型對撞機上，在沒有革命性的其它理論或實驗工具出來之前，大家都只能在這條越來越逼仄狹窄的路上一直走到黑。
▲ 盧瑟福最早應用粒子“對撞”原理，他用α射線轟擊金箔，發現了原子核
拋開科學前沿中的深奧知識，其實雙方爭論的邏輯思路，和我們普通人之間沒有任何區別。
就像是傳統行業公司的一場項目討論會，
反方一臉冷峻的堅持著：“這個領域內的項目已經明日黃花沒有前途！”正方聲嘶力竭的呼喊著：“不搞這個搞什么”、“不這么搞又能怎么搞”？
這是一場永遠無法心平氣和達成一致的爭論。
“我不是必須這么搞，我是只能這么搞！”“甭管你怎么搞，這么搞肯定是不行！”
王貽芳（中科院高能物理研究所 所長）針對大型對撞機項目多番奔走，還有向公眾科普，反復強調解釋的事情實際上就是一句話：只有對撞機足夠大，才有機會撞出更新的、更小的、更有價值的粒子。
▲ 王貽芳出席騰訊科學WE大會，再次向公眾力推CEPC項目
對撞機就像是謝遜牢牢握住的屠龍刀，空有昔日名頭，鮮有戰果加身。
但它卻是老獅王的唯一指望，“我還有屠龍寶刀，我還能號令天下”！
沒有大型對撞機，一定無法取得突破；有了大型對撞機，也不一定能取得突破。
從某種意義上來說，建大型對撞機，是一場悲壯而無奈的豪賭。
想賭贏，看上去唯一的方法就是賭注夠大。
4、能撞出來什么
大型對撞機的終極目標，叫希格斯粒子。
2012年的時候，歐洲大型強子對撞機（LHC）發現“疑似希格斯粒子”。
2013年，歐洲核子研究中心公開確認，此前發現的“疑似希格斯粒子”已經通過驗證。
▲ 希格斯粒子通過驗證后，發現者希格斯即榮獲當年諾貝爾獎
物理學界額手相慶，歡騰一片。這個名字繞口的粒子還有另一個別稱——上帝粒子。因為希格斯粒子，直接有助于解釋一個困擾人類的終極問題——物體的質量是哪里來的？
在初高中物理和化學這兩門課程的共同學習下，我們可以將物質“分解”到原子這個層面，同時也可以淺顯且正確的認定：原子的質量主要集中在原子核上，而原子核的質量集中在質子和中子上。
一個原子核的體積是原子的幾千億分之一，質量卻是99.96%。一個骰子那么大空間內裝滿原子核，質量將達到1億噸。
好，應用初高中理化知識解釋這個問題，基本上到這個程度就見底了。
再往下刨一步，為什么原子的質量主要集中在原子核上？
需要引入下一個概念，夸克。每一個質子和中子都是由三個夸克所構成的。所以夸克是物質質量的來源嗎？答案是否定的。
質子和中子的質量來自于夸克之間的相互作用。是希格斯粒子彌散在空間中，形成希格斯場，質子和中子受到希格斯場的作用，最終獲得了質量。
換言之，所有物體獲得質量的來源，都來自于希格斯粒子。
那么希格斯粒子又是哪來的？
▲ atlas模擬的希格斯粒子衰變效果圖
如果你能想到這一層的話，恭喜你，你已經占到了超能物理學研究的最前沿，這是無數高能物理研究領域內的專家想要知道的，也是建造大型粒子對撞機的最終目的。
“大量生產希格斯粒子，成為一個理想的希格斯粒子工廠”這是王貽芳對環形正負電子對撞機（CEPC）的定位。
這就是前文提到的賭注。想要成為希格斯粒子工廠，第一前提就是大。
只有足夠大的對撞機，才能為海量粒子的對撞創造出極限條件；才有機會撞出足夠多的希格斯粒子（希格斯粒子被撞出的概率不到百億分之一）。
把對撞機建的盡可能大，是所有高能物理學家的夢想。
五 Party is over
1982年，美國一波物理學家聯合提出了建造超級對撞機（SSC）的初步方案。
▲ SSC規劃軌道長度超過100公里
彼時的美國學界政界，正在刮起一股貪多求快的浮躁之風，尤其是物理研究領域，大家都醉心在偉業將成的“大躍進”氛圍中無法自拔。
第二年秋天，能源部批準了這項研究上馬.，與此同時，剛剛拿下諾獎的溫伯格也參與到項目的籌備中來。
▲ 因統一弱相互作用力與電磁作用的突出貢獻，1979年溫伯格榮獲諾貝爾獎
1987年，溫伯格的方案被遞到了白宮的辦公桌上，時任總統里根看了以后，幾乎是不加猶豫的就完成了批復——“44億就能碾過蘇聯，必須得干！”
拉隊伍、規劃、選址、研發，經過六年的準備后，到1993年1月，主體工程才開始動工。
但很快，情況開始“不對頭了”。
用于安放對撞機的隧道剛挖了四分之一，總進度不到三分之一，就花掉了將近30億美元，溫伯格不得不重新提報方案，將工程預算上調到93億美元。
這下子國會坐不下去了，剛動工半年就把預算翻一翻，這要是再干半年，這不得沖著200億美元去了？
眾議院和參議院組織了幾輪投票，最終達成一致：及時止損，斃掉SSC項目。
時逢1991年蘇聯解體，美國人又半途而廢，扛鼎之任被交到了歐洲手中。
1994年，歐洲核子研究中心批準了歐洲大型強子對撞機（LHC）的立項，只是在規模上，精打細算的歐洲人沒有美國人那么冒進。
▲ 法國與瑞士邊境上的LHC
LHC的軌道周長只有SSC的三分之一，并且用的還是核子研究中心現場的隧道和基礎設施。
即便如此，這個工程也足足耗時14年之久才完成。工程實際花費90億美元，相較預算超支350%。
并且還漏洞百出。
2007年3月，一個三級超導磁鐵因為支撐架設計不良，在壓力測試時破損，工程整體延后了半年多才完成。
2008年9月，剛剛開機后九天，電路就被燒壞了，事故調查再加上檢修，又耽誤了半年多才完事。
最終完工后的“豆腐渣工程”，只能以原設計能量的一半運行。
2012年7月4日，以每秒千萬次撞擊的強度經年累月的撞擊后，LHC終于撞出了希格斯粒子。
▲ 美國雜志將發現上帝粒子列為2012年十大成就之首
然后呢？
早在48年前的1964年，關于希格斯粒子存在的猜想便已提出并得到主流學界的認同。
除了希格斯粒子外，另外一個被寄予厚望的——超對稱粒子，根本就一無所獲。
對撞的能級已經達到預測出現“超對稱粒子”能級的十倍以上，可不僅沒有撞出超對稱粒子，反而發現原始預測參數的99.9%以上都是錯的。
對于LHC而言，沒有成果，就是最大的成果。翻譯過來就是：花錢買教訓。
正如楊振寧說所的“Party is over”，屬于高能物理的盛宴已過。
▲ 巨資建造的LHC，成果并不能讓人滿意
“七十年來，高能物理的大成就對人類生活有沒有好處呢？沒有。假如超大對撞機能實現，而且假設其真正成功的將高能物理推進一大步，對人類生活有沒有實在好處呢？短中期不會有，三十年，五十年內不會有。”
這是楊振寧的原話，一字一句就像是冬天里的鋼鐵，冷的能敲出聲響。
六 物理學的珠峰，藏在對撞機里
王貽芳為CEPC報出的預算是：一期400億人民幣，二期1000億人民幣（楊振寧預估的數字是200億美元，出入不大），目前僅考慮第一期。
這個預算是一個什么概念？我們可以橫向對比一下。
被稱為“中國天眼”的超大型球面射電望遠鏡，造價是12億人民幣；
上海迪士尼樂園的造價是380億人民幣；
北京大興國際機場的造價是800億人民幣；
港珠澳大橋的造價是1200億人民幣；
▲ 世界上最長的跨海大橋——港珠澳大橋
很多人都在用這些數字具象化的類比CEPC的預算。“400億只是修100多公里高鐵的錢，這錢國家完全拿得出來！”
當然，你也可以反向詰問：有這錢，再去給大涼山里修兩條鐵路不行？
張曉風有一句話：生命是一樁太好的東西，好到你無論選擇什么方式度過，都像是一種浪費。
把這句話的主語換成“錢”，也依舊合適。
國家拿出的投入，為偏遠地區修路，為農村納入醫保，為大學更換教學設備，你很難說出來哪個更正確，哪個更重要。所以我們無法以“值或是不值”的視角去評價CEPC的建設。
反對的人認為這錢花的不該。支持的人認為這事很有意義。
真理本應愈辯愈明。可到目前為止，兩方人的辯論不是在駁斥對方的觀點錯在哪里，而是在堅持自己的觀點一定是對的。
恰當的類比對象，應該是攀登珠峰。
為什么要攀登珠峰？最著名卻又“最無用”的是英國人馬洛里的那句話：因為山在那里（Because it is there！）
為了到達“那里”，自上世紀二十年代起，已經有395名登山者的尸體被永遠埋在珠峰的皚皚白雪下。
除了1960年中國登山隊那次攀登是為了爭奪珠峰主權外，其他所有人踏上登山之路的動機，本質上都是馬洛里那句話。
這是一種征服與超越的快感。
探險家的珠峰，在中尼邊境上聳立著，
物理學家的珠峰，就在大型對撞機的粒子里藏著。
我們可以說，高能物理學目前的成果短期內沒有意義，但我們決不能否定物理學求知與科研本身的意義。
高能物理學跑的很快，跑到了難以突破的瓶頸，但這卻不能成為我們不讓它前行的理由。
公眾無法理解高能物理學往前邁進一步有什么意義，亦如普通人無法理解冒險家付出生命的代價去登山是為了什么。
但無論我們理解與否，那都是他們畢生為之追逐的生命意義。
七 需要的不只是成果，更是CEPC本身
大型對撞機的成果，在短期內用不上。
這是高能物理學派“緘默的共識”，即便是王貽芳也從未針對“成果短期無用”這一點給出正面回應。
▲ 楊振寧力戰丘成桐+王貽芳
甚至王貽芳也在不斷的給自己“留有后路”，他表示項目將分兩期啟動，第一期的預算在400億，并且在取得重大成果后，才會開始籌備第二期。
假如項目第一階段沒有重大成果，也沒有重大技術突破，是不是就意味著這400億的賭注“打了水漂”？
所以王貽芳一直在強調項目的“溢出效應”，即項目可以對更多的領域輻射和賦能，即產生預期之外收益。
支持建設超大粒子對撞機的另一個代言人丘成桐也表示：
“項目建成后，至少有五六千名一流物理學家會為了做實驗舉家遷往中國定居。幾千個智慧的頭腦匯聚于此，會自動的產生很多重要的，超越物理領域的技術和學問。”
丘成桐的話里，很有一種“但行好事，莫問前程”的味道。
兩個人都認為，“摳摳搜搜”的LHC無法滿足高能物理學者的需求，大家想要出成果，必須依賴更大更強的CEPC。所以只要是CEPC這個戲臺子搭好了，甭管來唱戲的唱的是哪一出，那都是個頂個的精彩！
有了梧桐樹，自來金鳳凰。
五六千個頂級物理學家在相當長的時間內匯集在中國，所誕生的研究成果，對物理學研究的推動，甚至是對整個中國的科研事業，都將產生不可估量的正面影響。
隨便暢想一下，歐洲核子研究中心的大牛們頻繁往返中歐，受聘于國內的大學后，將為多少學子打開赴歐頂級名校的學習大門。
幾千個科學家的思維碰撞，將為中國帶來什么樣的成果，這太讓人期待而激動了。
▲ 我們現在用的www網頁技術，最早就是歐洲核子中心用于同步數據的產物
這不是本末倒置，這恰恰是王貽芳推動CEPC的“護城河”。
立項的最大目標是為了出成果，但就算沒出成果，團隊能力的提高與進步，這也都是實打實的收獲。
物理學需要的是CEPC的成果，中國需要的是CEPC本身。
王貽芳在公開采訪中說了這樣一段話：中國究竟是要做一個二流國家還是要做一個一流國家，要做二流國家，去他處做沒問題，省錢。但是要做一個一流國家，對不起，不可以這樣”
很多人都說王貽芳在“上綱上線”的做政治綁架。的確，超大型的對撞機當然不是成為一流國家的充要條件。
“敢為天下先、老子就是要干”，這種舍我其誰的霸氣，才是成為一流國家的充要條件。
在過去的四十年甚至七十年中，我們一直扮演著“追趕者”的形象，而做追趕者的條件是，我們的前方要有人。
但現在，越來越多的領域我們已經進入或者即將進入“無人區”，不僅沒有前人告訴我們應該怎么搞。身后還有一大群人眼巴巴的看我們準備怎么搞。CEPC就是這樣一個情況的真實寫照。
我們是慢兩步等一等，觀察一下左右兩側的人，還是甩開膀子沖上去？
是用十年的時間和400億，上馬一個世界級的科研項目，沖擊物理學的最高峰并享受巨大的“溢出效應”。
還是暫時放緩高能物理研究的腳步，將經費勻到其它周期更短，回報與成果更可控的研究領域。
當問題全面而深入的討論到這個程度上時，CEPC已經不再是二選一的客觀題，它變成一道開放性答案的主觀題。
雙方的理由都是充分且正當的，建或者是不建，均無不妥之處。
物理學家眼中，CEPC是物理問題，社會公眾眼中，CEPC是錢的問題。
而深入且長遠的來看，CEPC終究是政治問題。
言盡于此，掛一漏萬。
來源于蔣校長 ，作者蔣校長
責任編輯：向太陽
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