下一代粒子對撞機能為物理學帶來什麼？

不久前，歐洲核子研究中心（CERN）的物理學家Frank Zimmermann和哲學家Grigoris Panoutsopoulos聯合撰寫了一篇有關粒子物理學的文章。在文章中，兩位學者探討了粒子物理學家計劃花費200億美元建造下一代更大的粒子對撞機——未來環形對撞機（FCC）。為了證明他們的觀點，作者引用了1977年的一段話，並忽略了此後的40年，這確實很好地說明了目前粒子物理學存在的所有問題。

根據作者的觀點，新一代粒子加速器將會告訴我們有關宇宙創生的信息，還能有望揭開神秘的暗物質之謎。為此，新一代的對撞機需要遠超目前最強的對撞機——大型強子對撞機（LHC）。

然而，無論是大型強子對撞機，還是未來環形對撞機，都不大可能會告訴我們宇宙究竟是如何起源的。

這些對撞機所能做的就是通過把重原子核相互撞擊而產生高密度的核物質，這種物質可能也存在於早期宇宙中。然而，即使是重原子核的碰撞也只能產生高密度核物質的微小團塊，而這些團塊幾乎會立即解體。理論上，它們的存在時間只有大約10^-23秒。

事實上，這種情況一點也不像早期宇宙膨脹空間中的等離子湯。因此，這些實驗能告訴我們當時發生了什麼非常值得懷疑。

另一方面，即使從樂觀的角度來看，未來環形對撞機所能產生的核物質密度遠低於早期宇宙的密度，預計低了70個數量級。

就算忽略這些微小團塊以及它們的立即衰變和70個數量級，這些實驗仍然沒有告訴我們物質如何產生，更沒有告訴我們宇宙如何產生。

顯然，下一代大型對撞機並不能告訴我們宇宙起源的信息。另外，也沒有理由認為下一代大型對撞機會發現暗物質粒子的證據。

根據現有的理論和觀測證據，宇宙的起源時間可以追溯到138億年前的奇點大爆炸。但在宇宙誕生之後的前38萬年離，密度和溫度很高的早期宇宙並不是透明的，光子與帶電粒子互相耦合。也就是說，如果藉助電磁波觀測手段，我們最遠只能探測到宇宙誕生38萬年後的事情，而無法知道更早的宇宙。

不過，在自由光子出現很早之前，宇宙中就已經存在中微子。這種基本粒子是電中性的，並且極其微小，它們很容易在宇宙中穿行。如果可以探測到早期宇宙中的中微子，這有助於了解宇宙的起源。

另一方面，宇宙創生之初，密度極高的物質碰撞會產生引力波，這種原初引力波將能揭示宇宙最初時刻的狀態。由於黑洞產生的引力波已經在2015年首次直接探測到，天文學家正在努力嘗試探測原初引力波。

就目前來看，一味地做大粒子加速器的現實意義可能不是特別重大。如果想在基礎物理學上取得突破，這不是前進的方向。