您当前的位置: 首页 >  博客资讯

99岁杨振宁最后一战:宁可背负骂名,也要阻止中国千亿项目?

2019年4月29日下午,北京雁栖湖畔的中国科学院大学新礼堂内座无虚席,端坐主席台的是中国科学院院士,诺贝尔奖得主杨振宁,台下一位即将从事CEPC(环形正负电子对撞机)的预研工作的女生,对几年前明确表示反对中国建设高能对撞机的杨振宁抛出了一个犀利的问题:

“我想代表我所有的同学再问您一次,您现在对我们建造CEPC的想法有没有改变?”

杨振宁很坚定地给予了肯定的回答!

熟悉中国高能对撞机建设的朋友都知道,这已经不是杨振宁第一次反对中国建设大型对撞机了,早在1970年代杨振宁就反对中国建设对撞机,理由很简单,中国没钱,但现在中国有钱了,为什么还反对,作为全球顶尖的科学家,二战以来最伟大的物理学家,杨振宁到底在想什么?

杨振宁第一次反对,中国错过诺贝尔奖?

对撞机大家应该都不陌生,简单一点形容就是将质子或者电子这类带电粒子加速到极高速度,去撞击另一束同样被加速的带电粒子,极高能量的撞击,将会发生宇宙诞生初期的高能过程,发现新粒子,物质世界的更基本规律以及质量与引力的来源,几乎就是现代高能物理唯一的工具!

VERA原理图

所以进入二十世纪中叶后,基本粒子标准模型中的粒子,除了理论上的预言外,验证就是高能加速器的事情,因此欧洲粒子中心取得的成就是举世瞩目的,因此1973年中国高能物理研究所正式成立后,研制高能加速器也被提上了日程。

1975年国家批准400亿eV质子同步加速器,后来在1978年改为500亿eV质子同步加速器,然后建造5000亿eV的质子加速器,史称八七工程,但在1978年8月18日,在邓小平和方毅接见杨振宁的会谈中,杨振宁明确反对建造大型加速器,以至于引起轩然大波,国内科学界多次和杨振宁会谈明确意见,后来由于八七工程好高骛远,实力不足被迫下马。

李政道

1980年1月,李政道牵头呼吁中国政府继续建设高能加速器,毫无意外没有获得杨振宁的支持,他认为中国现在完全不是建造加速器的时候,需要在原理和技术改良研究中取一个中间值,而国内科学界也认为高能所占的科研资金比例太大,最终1981年底高能加速器再次下马,改成建设更符合实际的正负电子对撞机。

而杨振宁在1981年底还写了一封信,认为应该更重视发展性研究,能在五年、十年或二十年内成果能增强社会生产力,原理研究名声很大,但却长期无法转换为生产力,美国在发展性研究上的投入比原理上高10倍,所以发展性研究更符合中国国情。

事实证明了杨振宁的判断,我国改革开放30多年来的科技战略,是符合杨振宁这封信的观点的。

杨振宁第二次反对,中国失去四大作用力大一统机会?

第一次反对,中国失去了大型对撞机,但在基础教育以及发展性投入上更多,比起好高骛远的原理研究,哪个更能带来发展机会?但高能对撞机一直都是高能所的梦想,2012年9月,LHC发现希格斯粒子两个月后,高能所所长王怡芳在提出了CEPC-SPPC的设想!

在50 ~ 100米深的地下,建造一条长至少50千米、最好能达到100千米的环形隧道,第一步计划是正负电子对撞机(CEPC),运行效果良好后再建设质子对撞机(SPPC)。

两套加速器分享一条隧道,SPPC建成以后,对撞能量将达到LHC的7倍以上(LHC预计于2035年关闭),成为世界新的最大能量对撞机。

这个计划得到了全球同行的极大兴趣,2013年高能所联合国内19所大学和研究机构的120名科学家讨论了方案的可行性,普林斯顿高等研究院的理论物理学家尼玛・阿卡尼-哈梅德为主任的未来高能物理中心也同年在北京成立,旨在确定未来大型对撞机所需的物理实验案例。

王贻芳、杨振宁、丘成桐

曾获数学界最高荣誉菲尔兹奖及沃尔夫数学奖的美籍华裔数学家丘成桐在2015年出版的《从万里长城到巨型对撞机:中国探索宇宙最深层奥秘的前景》,明确表示支持高能所的CEPC-SPPC计划。

杨振宁再次反对

2016年9月4日,杨振宁在《知识分子》上发表文章称“中国今天不宜建造超大对撞机”,公开了他反对中国建造大型加速器的七点意见!

杨振宁反对的七大理由,而高能所很快就针锋相对的提出了反对意见,每条理由上都予以了批驳,当然最关键的还是集中在如下两点:

CEPC-SPPC到底要花多少钱

CEPC-SPPC的预算是210亿美元,大约是1400亿人民币(2016年汇率),但它还没有建造,而根据此前对于高能加速器的超值比例,我们根本就不知道到底要花多少钱,那么下马的SSC和LHC投资超支比例是多少呢?

SSC于1987年在美国德克萨斯州开工,计划周长为87.1公里的超导超大型加速器,使用一万个超导电磁铁,能将质子加速至20TeV。项目预算为44亿美元,到1993年项目下马时,总进度完成不到20%,隧道只挖了1/3不到,但预算已涨至120亿美元,美国国会决定放弃已经投入的20亿美元止损!

2008年拍摄SSC全景外观。

LHC的建造方CERN(欧洲粒子中心)汲取了SSC预算大大超支结果被迫下马的教训,大幅修改预算增加至26亿美元,但最后到2008年完工时依然花了超过90亿美元,并且LHC还利用了了CERN既有的现成隧道和基础设施,包括水、电、路和建筑等便利条件,如果另起炉灶重新建设,那么比SSC只会更贵!

所以CEPC-SPPC的预算210亿美元,而且SPPC的尺寸比LHC大四倍,能级高七倍多,按这些大型加速器超支传统,几乎将超过1000亿美元,这是什么概念?看这截图就明白了:

2020年教育部的整个支出预算也就3675亿人民币

CEPC-SPPC可能的耗资几乎是2倍,而高能所的预算却只和当年的LHC造价(考虑贬值),所以CEPC-SPPC的预算没有说实话,当然也有可能没有考虑那么多超支的可能,不过项目预算,按各位大佬的经验,一般都是往少了说,上马之后就骑虎难下了。

它到底能取得多少成就?

当然花钱事小,加入能取得举世瞩目的成就,同时还带动起国内基础科学研究热潮,成长起和加速器相关的低温事业也是善莫大焉,但就是取得科学成就的可能,争论也最多!

杨振宁用“The party is over”“盛宴已过”来形容现在建造大型加速器的尴尬局面,当前粒子物理的框架早已搭建完毕:

比如对称性,拉氏量,路径积分,规范场,重整化,自发对称性破缺,有效场论等等都已经非常成熟,要做出大成绩,没有突破性的理论支持是不可能的!

当然也并不是说粒子物理已经走到尽头,还有如超对称 ,磁单极子等拓扑相关的概念,马约拉纳费米子,额外维等仍然是一片空白。但在粒子物理的黄金年代里,几年甚至几个月就能产生一个世界级的发现!但到了现在,粒子物理的新成就,十几年都没有新发现,而且还需要大量资金支持。

效费比也越来越低,甚至可能打水漂,而关乎那么大投入的计划,资金如果在其他科研领域投入,那么产生的价值,将远比加速器要有意义得多。

另外高能所王怡芳所长所说的CEPC-SPPC可能取得的成就,争议颇大,当然必须对于未来的科学成就抱有希望。另外举例CEPC-SPPC对我国的超导与低温事业给予帮助也被业界人士所批判,因为就国内技术而言,CEPC-SPPC所用到的低温超导技术还无法提供相应的产品,基本都是国外大公司所垄断。

另外日本规划的ILC(国际线性对撞机)就比CEPC-SPPC要来得实际,效费比也更高一些,但却能达到CEPC-SPPC的能级,并且比CEPC-SPPC提早投入运行,到时候面临的结果可能是拾人牙慧!不过不知道这个是不是好消息:

据2017年的《自然》期刊报道,削减原计划在日本建造的国际线性对撞机(ILC)的规模―能量从500千兆电子伏特(GeV)减半到250GeV,隧道的长度由33.5公里减至13公里。

从一个科学爱好者的角度来看,笔者比较赞同杨振宁的观点,但并不认同他以一种过来人说教的态度指手画脚,科学还是需要一些热情和梦想,杨老已经功成名就,但小辈们依然热情无限,未来的科学研究还不是小辈们的天下?

但更不赞同王怡芳动辄数千亿的投入,在全球高能物理的终极领域继续无限极大投资,更关键的是前景不甚明朗,而王院士为了建造CEPC-SPPC,提出的目标中也有很多都是不切实际的!到底是否可行,这是一场豪赌!当然我们对王院士捐出2019年的未来科学大奖50万美元奖金表示钦佩!

不管如何,CEPC-SPPC的预研工作已经展开,但选址尚未确定,其他工作也在稳步推进中,如果未来正式落成,我们祝它早日取得瞩目成就,假如能在大一统理论上有突破那就更好了!