【碰撞】楊振寧、丘成桐、王貽芳三位大家 到底因為什麼而爭鳴?

2021-02-15 光明日報


  追美劇《生活大爆炸》的同學,也許您看不懂Sheldon Cooper的滿屏天書,也應該聽過一個詞——希格斯玻色子,也叫「上帝粒子」。而最近,中國要不要建「超級對撞機」的「意見對撞」成了關注度最高的科技話題,諾貝爾物理學獎獲得者楊振寧、菲爾茲獎獲得者丘成桐、中國科學院高能物理研究所所長王貽芳等學術大家紛紛發言。爭鳴雙方有理有節,讓公眾明白了什麼是學術爭鳴的正確範式,也是一次難得的高能物理科普課。


從左至右依次為王貽芳、楊振寧、丘成桐

  我國科學技術發展已經進入從跟蹤到超越,再到引領的關鍵轉折點,科學家們需要以戰略視角提出創新性的理論,下好科技創新的先手棋。在這樣的背景下,科學家們提出的諸多宏偉計劃——超級對撞機項目、空間引力波探測計劃等,有些已經由國家立項,有的還在討論中。這些項目一旦成功都將是推進人類對自然世界認識的革命性成果。如果這些成果是由中國科學家取得的,光想一想,就足以讓我們熱血沸騰。

  但平靜一下,以現實目光去審視,這些亟待啟動的重大計劃可能同時進行嗎?僅以引力波探測的「太極計劃」和「天琴計劃」為例,公開資料顯示,中科院發起的「太極計劃」與歐洲太空局合作,在兩種不同方案中,中國分別需要投入2億歐元和10億歐元;中山大學發起的「天琴計劃」預計總投資為150億元人民幣


  我國的科研經費真的多嗎?從總量上看,或許可觀,但考慮到我國科技發展整體情況,未必如此。目前科技界的一個基本共識是:與發達國家相比,中國的科技創新基礎還不牢固,創新水平還存在明顯差距,大部分學科的發展程度與國際先進水平相比還有不小差距。再多的經費均攤到亟待發展的各個領域中,就變成「投入不足」了。當然,這些大科學工程很可能將由國家直接劃撥資金,不會擠佔原有的科研經費。但這種「特殊情況」並非各個學科「雨露均沾」,更是一道要區分輕重緩急的選擇題

  我國是一個發展中國家,這樣的現實決定了科學技術發展必然不能「全面開花」,只能選擇重點領域集中力量進行突破。那麼,究竟哪個領域、項目,才是事關全局的關鍵點?恐怕需要科學家拋棄學科的局限,襟懷全局、立足現實,做出無愧於歷史的抉擇。


  說到這裡,我們分外懷念錢學森、趙九章等老一輩戰略科學家,他們以高屋建瓴的科學視野,立足國家發展階段的現實情況,做出了對當時的中國最有利的科學決策——正是在錢學森的建議下,剛剛成立的中華人民共和國在航天起步的關鍵時刻,選擇了飛彈,而不是飛機;正是在趙九章的提議下,「東方紅一號」衛星順利升空,讓中國進入「太空俱樂部」……這一系列重大科技成果讓一個新生的政權在列強環伺下,站得更加自信、挺拔。

  沒有無用的科學,只有有限的經費。超級對撞機應不應該建?這不是問題的核心。核心是,我們究竟應該建立一個什麼樣的機制,在眾多項目中,以對國家、歷史負責的態度,做出「有所為有所不為」的正確選擇。

  對撞機是在高能同步加速器基礎上發展起來的一種裝置,其主要作用是積累並加速相繼由前級加速器注入的兩束粒子流,到一定束流強度及一定能量時使其在相向運動狀態下進行對撞,以產生足夠高的相互作用反應率,從而便於測量。

  對撞機(collider)用高能粒子轟擊靜止靶(粒子)時,只有質心繫中的能量才是粒子相互作用的有效能量,它只佔實驗室系中粒子總能量的一部分。如果射到靶上的粒子能量為 E,則對靶中同種粒子作用的質心系能量約為 (E為粒子的靜止能量)。


  而建設大科學裝置意味著巨額的資金投入。不少國家為錢所困——經費不足是導致美國超導超級對撞機計劃SSC終止的原因之一;日本文部科學省同樣在顧慮開支問題,期待更多國際資助。

  因此,對我國而言,超大對撞機上馬與否,拍板前的辯論越民主、越充分,越有益於提高決策的科學性。建設創新型國家,要花錢的地方很多,有限經費投到哪裡,要遵循科學理性和行之有效的決策程序。

  爭論各方要多發科學理性之聲,充分辨析什麼當投,什麼不當投,什麼必須現在投,什麼可以未來投。決策者要多聽科學理性之聲,胸懷創新自信又不妄自尊大,立足國情把握機遇與窗口,該出手時不猶豫,該堅守時不盲動。


歐洲核子研究中心的對撞機。視覺中國 資料

  對於超大對撞機項目的決策,首先,立項報告應當明確闡述立項依據和運行模式,科學意義和可預期的研究成果,以及對其他基礎研究和高科技領域可能產生的影響;其次,組織國內外小同行和大同行對項目的科學意義和其他效益進行評估,並形成專門評估報告;第三,經費預算應充分考慮大科學裝置的使用和維護也需要巨額投入,務求精準。

  平等的學術爭論能為科學發現之旅輸入強勁動力和新鮮血液。不論超大對撞機項目是否上馬,何時上馬,頂尖的觀點交鋒迸發的理性之聲,都有益於孕育出不負祖國、不負時代的科學決策。

  超導超級對撞機(Superconducting Super Collider,簡稱SSC)是美國在上世紀90年代想建造的新一代環形對撞機。但遺憾的是,當隧道已經挖好三分之一的時候,國會決定突然中止建造超導超級對撞機。


荒廢的美國超導超級對撞機(SSC)實驗室。圖片來源:sobify.com

  希格斯粒子(上帝粒子)的發現最終落到歐洲人手中,世界的高能物理中心也由美國轉移到歐洲。

內容綜合自《光明日報》2016年09月13日02版《沒有無用的科學,只有有限的經費》、科學解碼微信公眾號

本期編輯:孫嘉靖、張永群、蘭亞妮


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