楊振寧爲何反對中國建造大型強子對撞機?他和王貽芳在爭論什麼?


楊振寧爲何反對中國建造大型強子對撞機?他和王貽芳在爭論什麼?

2021-01-05 鍾銘聊科學

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

關於大型強子對撞機的爭論由來已久,爭論雙方,一方是物理學家楊振寧,另外一方其實有所變化,如今是以王貽芳爲代表的中科學院高能物理所的科學家們。那這個爭論到底是咋回事呢?我們來詳細聊一聊這個話題。

第一場對撞機之爭

很多人都以爲大型強子對撞機的爭論是最近的事情,而不知這其實是40多年前就開始爭論的事情。話說在1972年,當時有一部分國內的物理學家主張建造粒子加速器。那粒子加速器到底是什麼呢?

我們來簡單的科普一下,上世紀初,物理學家盧瑟福利用α粒子轟擊金箔,提出了原子結構,打開了原子世界。實際上,在這之後,盧瑟福利用幾乎相同的辦法發現了質子,預言了中子。而查德威克也利用類似的辦法發現了中子。

物理學就發現,微觀世界的物理學現象可以用簡單的「對撞」來實現。於是,大家努力升級粒子加速器,說白了就是把粒子加速到接近光速,然後它們對撞,抓取數據、分析數據,來和理論進行擬合。

科學家利用這樣的辦法從上世紀40年代前後,一直到70年代前後,一共發現了上百種粒子。這一下讓物理學家慌了神,開始思考如何把這些粒子和當時已知的四種作用力統一在一起,並且狹義相對論和量子力學的基礎上,提出了粒子物理標準模型。

楊振寧其實對粒子物理標準模型的貢獻是十分卓越的,他的楊米爾斯理論是粒子物理標準模型的骨架理論,宇稱不守恆啓發了溫伯格等人提出了弱電統一理論。因此,楊振寧是這個領域中最頂級的物理學家之一。

1971年,楊振寧作爲訪問學者來到中國,毛主席、周總理親自接見了他,並且和他談論起美國的一些相關事宜。從這之後,楊振寧每年都會回國,一直到80年代初就開始在中國旅居。

在1972年,楊振寧受邀參加了一場會議,在這場會議中,當時國內的物理學家主張建設粒子加速器。而作爲這方面世界頂級的物理學家,楊振寧沒有和參與會議的人意見一致,而是投了反對票。

他提出了自己的看法,他認爲,修建加速器的費用是個無底洞,當時計劃的1000萬美金的加速器項目,即使建造了起來,也是歐美國家10年前玩剩下的,屬於落後的設備,如果要建造迎合時代的加速器,那這個開銷將會是相當的大。

同時,楊振寧由於長年居住在美國,他發現美國之所以能夠快速發展,有賴於美國在計算機領域突飛猛進的發展。因此,他認爲與其把這些錢都投入到加速器的建造當中,不如把這些錢都投入到培養計算機人才,生物學人才,工程類人才的方向上,這樣短期內見效快,可以幫助中國快速地崛起。

後來,加速器這個項目被延後了10年才修建,而且預算也縮減了,這個項目被延後到10多年後才開始修建,也就是北京正負電子對撞機。

第二場對撞機之爭

我們更爲熟悉的其實是第二場對撞機之爭,也就是楊振寧與王貽芳之間的爭論。雙方的觀點也更加鮮明。那我們就需要先補充一點楊振寧的觀點,再和王貽芳的觀點進行對比。

從80年代至今,科學家一直致力於製造更大的對撞機,因爲上文提到的粒子物理標準模型中還缺失最後一塊拼圖,也就是賦予粒子質量的「希格斯玻色子」。

美國和歐洲核子研究中子都有計劃要建設更大的大型粒子加速器。首先,美國這邊確實也開始修建了,但是這樣大型的設備費用實在太大,都是千億級起步,因此,美國的這個項目最終成爲了爛尾工程,沒有持續下去。歐洲這邊吸取了美國的教訓,給「希格斯玻色子」賦予了一個有趣的名字:「上帝粒子」。然後以此去說服歐洲的政客和財團們。後來,果真建造起了LHC。

這也是目前最大的大型強子對撞機,前前後後,升級設備投入大量的資金。同時也確實有很多新發現,尤其是找到了粒子物理標準模型的最後一塊拼圖:希格斯玻色子。

因此,楊振寧認爲利用大型強子對撞機來研究高能物理學的路已經到頭了,即使有新的發現,也不會什麼大方向,還要花費大量的資金,更關鍵是,這些研究都是基礎物理學理論,不會立馬給國家帶來什麼實質性的幫助。

而王貽芳認爲,中國如今已經崛起了,足夠強大,是時候爲全人類的基礎科學做出貢獻,承擔應有的責任,而且大型強子對撞機依然是目前研究高能物理學最好的手段,中國作爲大國,是不可缺少這樣的大型設備的。除此之外,王貽芳經過深入的研究和調研,他和其他的科學家提出了一套方案,他認爲通過這套方案,可以大幅度降低建造大型強子對撞機的成本,而不會像其他國家那樣,變成一個無底洞。

以上就是兩場對撞機之爭,和最近一次論戰的兩個人的主要觀點。應該說,兩人都是我們國家頂級的物理學家,都有各自看問題和思考問題的視角。至於是否修建,實際上還是由國家來直接決定,而不僅僅是兩位物理學家,或者普羅大衆來做這個決定。