楊振寧為什麼在時隔四十年之後，第二次反對中國建造超級對撞機？

2020-10-18 星辰大海種花家

從二十世紀中葉開始，基礎科學進步中很大一部分來自於高能物理，從楊振寧的楊-米爾斯方程與楊-巴克斯方程開始到標準粒子模型建立，僅僅在楊振寧門下就先後還有7個諾貝爾獎跟楊-米爾斯方程有關，而這些理論的驗證，大都需要加速器來實現，因此從二十世紀六十年代以後是加速器發展的黃金時間。

但楊振寧作為高能粒子物理界的頂尖科學家，曾經兩次反對中國建高能加速器，但楊振寧並非是拆中國基礎科學的臺，反而在科學事業的發展上大大推進了一把，我們分別從時間先後順序上來說明下！

為什麼要用加速器才能窺探到物質最深層次的秘密？

化學反應的最小單位是原子，因此想要更深入原子內部研究，至少化學方式已經不行了！真正意義上的粒子對撞應該數盧瑟福用α粒子散射轟擊金箔，根據粒子散射的角度，盧瑟福發現了原子核，並且大致計算了原子核的大小！

再後來科學家用更高能的宇宙射線，但方向不好控制，隨機性很強，因此逐步發展出了加速器，1928年羅爾夫·威德羅製造了第一臺直線加速器，1930年勞倫斯製成了第一臺回旋加速器，從此人類步入了人工加速控制的時代，隨後各種結構的加速器開始出現，比如加速粒子不一樣的電子或者質子加速器等！

加速器發現粒子的原理很簡單，就如兩個核桃相互碰撞，碎裂了之後我們看到了核桃內部的結構和核桃肉。質子內部不僅僅有夸克，還有膠子與其它場的相互作用，當兩個質子碰撞時，我們可以對單個組分自旋的觀測，如果能達到更高的碰撞能量，那麼有可能發現或者創造新的粒子！

楊振寧第一次反對建設加速器

1972年在北京飯店舉行的高能物理發展與展望」座談會上，與會人員都比較贊成建設加速器，但楊振寧「不識時務」的提出了反對意見，當時的時代背景時科學界響應毛主席提出的「中國應當對人類有較大貢獻」的號召，因此科學界提出了一個建設加速器的計劃。

當時西方入門的加速器建投入至少需要一億美元，而中國當時規劃的加武器能級大約是500億eV，當時西方主流的是3000億eV的加速器！但即使是低能級的加速器，對於中國來說絕對是一個劃時代意義的產物，畢竟從零開始，從無到有！但巨額的投入和產生的回報，真的會成正比嗎？

這就是楊振寧當時考慮的問題，他在高能物理界浸淫已經數十年，對高能加速500億eV能級的加速器能產生科研成果基本已經了如指掌，因此他認為中國現階段不是炒人家的殘羹冷炙，而是要將1億美元分散投入到各個基礎科學行業，這產生的意義將比建造一個西方已經淘汰的加速器要有價值得多！

最終加速器捱過了最困難的70年代，到了84年才開工建造，而預算也大大降低！從現在看來，當初投入到了計算機、生物學、機械製造等多個行業的快速發展，為後來展開的863計劃提供了非常大的支持！

楊振寧第二次反對高能加速器建設

2016年9月4日，楊振寧在《知識分子》上刊發了文章《中國今天不宜建造超大對撞機》，猶如可以重磅炸彈，丟在了正在如火如荼展開與準備建設的中國版的強子對撞機「CEPC」和升級版的"SPPC"的大討論中，兩天後的中科院高能物理研究所所長王貽芳發表了《建造大型對撞機正當其時》一文，列舉了反駁楊振寧的反對建造的七個觀點，針鋒相對！

上圖是CEPC加速器是工程，其中紅色部分是現在已經規劃在建部分，SPPC是CEPC取得階段性成果之後再上馬部分，關於CEPC我們先來了解下背景。

  • 為什麼要建CEPC？

上圖是全球幾個著名的加速器裝置中心，當然大家最熟悉的無疑是CERN（歐洲粒子研究中心）和BEPC（北京正負電子對撞機），提到CERN，大家腦海中第一個印象無疑是LHC（大型強子對撞機）在2012年發現希格斯粒子，並且對其的測量精度達到了10%左右！而北京正負對撞機最早是在1990年建成，在τ輕子質量的精確測量以及發現「質子- 反質子 」質量閾值處新共振態、發現X（1835）新 粒子等，在國際上也是八大加速器中心之一！

加速器能發現的新的例子和更高的測量精度，加速粒子的能級無疑是第一位的，由於相對論效應，粒子加速到極度接近光速時，相對論質增效應會極度增加粒子質量，因此加速會消耗大量的能量，當然另一個指標是加速器的規模，越大規模的加速器可以將粒子加速到更高的能級，根據粒子的波粒兩像性，越高能級的粒子波長越短，能那麼它就能窺探到更細微的粒子結構，所以，越是到達更微小的基本粒子，能級要求就越高，加速器的規模就越恐怖！

比如北京正負電子對撞機的直線加速規模為：直線加速器的規模為202米，儲存環的規模為240米！

LHC的規模為環形加速器，全長大約是27千米，橫跨法國和瑞士邊境！

當然兩者一個是正負電子加速器，一個是質子加速器，兩者結構完全不一樣，沒有參考對比意義，但我們要知道的是，即使LHC高達27千米的加速管道，對希格斯粒子的測量精度仍然只能達到10%！

CPEC可以將精度提高到1%，CEPC的規模達到70千米，後期SPPC的最高能量為LHC的7倍。

CEPC部分設計CG圖

當然造價是另一個指標，CEPC一期造價400億人民幣，二期SPPC造價1000億人民幣，是不是有種天價的感覺？完全是這樣，而且這還是預算，比如上世紀90年代上馬的SSC（超導超級對撞機），從預算的30億美元不斷追加到110億美元，結果財大氣粗的美國也受不了了，最終在1993年下馬，下馬時工程都已經部分完工了！

  • 楊振寧反對的理由

其實楊振寧反對的理由很簡單，高能粒子研究的黃金時間已經過去，現在剩下的都是難啃的硬骨頭，不僅投入高，而且還可能打水漂，比如超弦理論界認為美國費米實驗室的Tevatron粒子加速器（2TeV）能發現超對稱粒子，但即使在2015年升級後的LHC（15TeV）也沒有找到！

當然LHC發現了希格斯粒子，它算是完成了歷史性使命，如果CEPC啥都沒發現或者僅僅是更精確的測量（1%）希格斯粒子，那這個工程就算是失敗的！楊振寧在高粒子物理界猶如高高飄揚的旗幟般的存在，早在70-80年代就建議他的學生，不要一味的鑽在高能粒子物理界，這方面在標準粒子模型建立之後就越來越難取得成果，而他的學生在接受了建議之後在其他領域取得的成果並不比粒子物理界的發現小！

中國在基礎科學界的成就，仍然不能和五常的其他國家相比，甚至俄羅斯在數學方面的成就也是我們望塵莫及的，而在2000年初日本定下的50年拿下30個諾獎目標已經完成2/3，反觀我們中國在諾獎上屈指可數，一味的上馬超級工程，儘管在科學界能引起轟動效應，但無疑這是一種土豪的行為！

楊振寧認為CEPC的400億人民幣的預算加上後續SPPC的1000億，如果能讓正果的整體基礎科學水平上升一個臺階，那麼要比建造成果虛無縹緲的超級對撞機要有意義得多，從這個角度來理解，楊振寧是真誠的，更像是一個長者的忠言！

  • 王貽芳的支持理由

可能華裔數學家丘成桐的贊成讓大家信心倍增，但我們更看重中原高能物理所所長王貽芳的觀點，因為他是對這件事上有決定性影響作用的人物。

王貽芳認為現在遠不是粒子物理界盛宴結束之時，而是剛剛開始，而且現在中國國力漸盛，一個CEPC的建設是必須的，而且這個工程將帶動全球人才的匯集與相關產業鏈的良性發展，因此CEPC的建設並不是夕陽工程，而是一個充滿希望的朝陽工程！

尾聲

在今年4月29日在中國科學院大學「明德講堂」上楊振寧發表高能物理「盛宴已過」為主題的討論會，第二次在公開場合反對中國建設大型對撞機，使得CEPC討論剛剛有些緩和的氣氛又被推上了風口浪尖！

「我的看法完全沒有改變。」

其實這有點像物理界量子力學奠基人普朗克的求學經歷，當年普朗克求學時，他的導師菲利普·馮·約利勸他說：「這門科學中的一切都已經被研究了，只有一些不重要的空白需要被填補。」因為開爾文勳爵也感慨過「物理學的未來，將只有在小數點第六位後面去找。」但這位帥到掉渣的小草級別的普朗克回復道「我並不期望發現新大陸，只希望理解已經存在的物理學基礎，或許能將其加深。」

最終普朗克以黑體輻射為突破口解決了物理史上的一朵大烏雲，成為了量子力學界的豐碑之一，我們不知道CEPC的未來的成果與命運將如何，只能以史為鑑，期待未來！

最後，CEPC將於2022年開工，預計2030年完工！

相關焦點

  • 為什麼楊振寧要反對中國建造大型強子對撞機?
    實際上，楊振寧一直都反對中國建設大型粒子對撞機，這從他1971年回國開始就是如此。當然，他僅僅是反對建造，而不是竭力阻止。這是因為，建造大型粒子對撞機是國家行為，是由國家根據實際情況來做決定，而不是楊振寧能夠拍板或者決定的。那楊振寧為什麼要反對呢？今天，我們就來聊一聊這個話題。
  • 楊振寧公開反對,美國也放棄建造,中國為什麼堅持建大型對撞機?
    儘管CEPC的建設已經提上了日程，但大型對撞機的討論熱度一直都不減！從上世紀七十年代開始，楊振寧反對建設大型對撞機的態度一直都沒有改變過，1990年代美國下馬了SSC(超導超級對撞機)，世界輿論一片譁然，而此時中國上馬大型對撞機的建設，直接引發了大討論！
  • 楊振寧為什麼極力反對中國建造大型粒子對撞機?
    我們還是先來了解一下楊振寧教授，楊振寧，1922年10月1日生於安徽省合肥市，世界著名物理學家，現任香港中文大學講座教授、清華大學教授、美國紐約州立大學石溪分校榮休教授、中國科學院院士、美國國家科學院院士、臺北中央研究院院士、香港科學院名譽院士、俄羅斯科學院院士、英國皇家學會會員，1957年獲諾貝爾物理學獎。
  • 為什麼楊振寧要反對我國建造大型粒子對撞機?原來是時機未到
    為了探索研究微觀世界的奧秘，上個世界，強大的美國開始建造粒子對撞機，這可是一個耗費資金非常大的投入，原本預算投入40億美元，可是建成之後卻花了將近100億美元。要知道在1989年那個時候，100億美元的價值可比現在高多了。有了粒子對撞機之後，美國在微觀領域的探索自然走到了世界前列。
  • 楊振寧為什麼數次反對中國建造大型加速器?聽完他的分析恍然大悟
    高能物理學提出之後，西方強國開始建造大型粒子對撞機，比如世界上最大的粒子加速器是歐洲的大型強子對撞機，周長27千米。我國看到西方強國建造了強大的粒子加速器，於是也打算建造自己的大型加速器，計算周長達100千米，能量峰值是歐洲大型強子對撞機的7倍。
  • 楊振寧反對之聲未遠,王貽芳再回應,主張中國建造超級對撞機
    關於中國是否應該投入巨資修建超級對撞機的討論，從幾年前的丘成桐與楊振寧的爭論開始，一直沒有停止。而楊振寧還在今年5月份中國科學院大學舉行的一次座談上，再次堅定表達了這一觀點，不支持中國在如今物理理論還沒有新一步發展的時候，建設超級對撞機。
  • 楊振寧公開反對建造大型對撞機,而王怡芳贊成,到底該不該建造?
    楊振寧，最偉大的物理學家之一，他是繼愛因斯坦後為人類做出卓越貢獻的一位科學家，也是高能物理界的一個代表，但他卻公開反對建造大型強子對撞機。　　楊振寧為什麼反對建造大型對撞機？　　大型粒子對撞機可以說是一個非常高尖端的科學設備，在全世界範圍內，很少有國家能建造得出來。而楊振寧之所以反對是出於以下幾個原因：　　第一：建造的成本非常大，回報低，保守估計，建立這樣一個設備大概要4000億的資金，在楊振寧看來，該項目所需的費用過於龐大，而且在短期內很難趕上那些發達國家現有水平。
  • 中國建造粒子對撞機1400億,耗時28年,為何遭到楊振寧極力反對
    粒子對撞機相關研究工具中國如果目前想要建造大型粒子對撞機，需要花費高達1400億的基礎費用，而且還需要耗時28年之久，這也意味著將會影響其他的物理研究項目的進展，因此遭到楊振寧先生的極力反對。楊振寧，世界著名物理學家，1957年獲得諾貝爾物理學獎，在粒子物理學、統計力學和凝聚態物理等領域有著巨大的貢獻。
  • 楊振寧為何反對中國建造大型對撞機:2億元太浪費
    在這一領域，中國也在規劃建造一個新的對撞機。據高能物理研究所的資料，這個新的對撞機的周長將達到52公裡，目前正在加緊建造當中。預計該強子對撞機將耗資30億美元。然而在一些科學家的眼裡，中國是不是應該建造大型強子對撞機，依然是個爭議話題，尤其以楊振寧為代表，他曾公開發表文章稱，中國不適合建造大型強子對撞機。究竟是什麼原因，讓楊振寧有了這樣的看法呢？
  • 中國欲耗費1400億,建造「粒子對撞機」為何遭楊振寧極力反對?
    物理學註定是一個燒錢的學科，高能物理的目的之一就是研究微觀粒子，而微觀粒子只能通過對撞機來產生。2012年，中國高能物理學家就提議投資建設環形正負電子對撞機（CEPC），但自發起至今，關於「中國是否應該建造大型對撞機」的爭論從未停歇。
  • 為什麼楊振寧要反對建造大型強子對撞機?一點點來分析理由!
    楊振寧教授多年來在不同的場所表達自己的觀點，就是反對中國獨自建造大型強子對撞機，這一點，很多人不是很理解，這篇文章做簡要分析，有所缺失，僅供討論。對撞機的高速高能的要求，總是極易出現故障，歐洲的大型強子對撞機，自2008年9月啟動以來，多次出現故障而暫停，每次維修長達數月甚至數年。其次，對撞機的安全是一個高度敏感的問題，一不小心，就是一枚炸彈。
  • 楊振寧:中國今天不宜建造超大對撞機
    來源：楊振寧教授編者按：本文首發於2016年9月4日 原標題：楊振寧：中國今天不宜建造超大對撞機 | 獨家2012年至今，中國科學界，特別是物理學界，激烈爭議一個百億甚至可能上千億人民幣的大型項目。●　●　●中國今天不宜建造超大對撞機楊振寧 8月29日微信公眾號《老顧談幾何》中有一篇文章，題目是《丘成桐：關於中國建設高能對撞機的幾點意見並回答媒體的問題》，講到他（丘）贊成中國建造超大對撞機，而我（楊）反對，他難相信。
  • 歐洲砸2000億人民幣,研發超級對撞機,楊振寧曾極力反對
    —— 莎士比亞歐洲時間2020年6月19日，世界粒子物理中心——CERN（歐洲核子中心理事會）全票通過了未來粒子研究發展的《歐洲粒子物理2020戰略》。消息傳回國內立即引發科學家第二輪熱議，因為中國在粒子物理研究上有舉足輕重的地位，2012年中國就已提出建設超級對撞機的構想，但遭到諾貝爾物理學獎獲得者楊振寧院士的強烈反對。
  • 楊振寧:我為什麼大力的反對建造對撞機,後輩們是否考慮過少了?
    楊振寧先生作為我國科學界的泰山北鬥，或者說作為全世界科學界的泰山北鬥，他的話是有極大的分量的。作為一個能在人類科學史上排名前五的科學家，他的建議能讓我們少走很多不必要的道路。大家都知道楊振寧先生一直是反對建造對撞機的，可對撞機一直都是高能物理領域最重要的研究工具。
  • 楊振寧公開反對,美國也曾放棄建造,中國為啥要堅持建大型對撞機
    對於高能物理學而言，大型強子對撞機是一臺關鍵的設備。大型強子對撞機可以用來研究許多微觀粒子的由來，進一步使人類了解這個宇宙的由來。因此，在許多關於高能物理的研究中，大型強子對撞機是不可或缺的一部分。目前，世界最大的高能物理研究所是歐洲的核子中心，它擁有世界上規模最大的大型強子對撞機，位於瑞士與法國的交界地區。
  • 楊振寧為什麼反對中國建造高能加速器呢?
    建造高能加速器的背景 很多人以為「楊振寧反對建造強子對撞機」是在最近發生的事情。然而，事實並非如此，他反對這件事情其實由來已久，準確地說是在1972年。客觀地說，由於許多媒體的片面報導，使得大多數人對於楊振寧有許多誤解。
  • 楊振寧極力反對!環形正負電子對撞機有什麼可怕之處?
    引言：早在2012年，中國科學院負責研究高能物理的院士們就提議，建造屬於中國自己的環形正負電子對撞機。在過去這麼多年的時間裡，由於這個項目耗資巨大，爭議不斷，所以一直沒有結果。前段時間，楊振寧公開表示反對此事。
  • 楊振寧為何反對中國建粒子對撞機?真的是不合時宜嗎?
    楊振寧，可以說是當今最偉大的物理學家之一，他是繼愛因斯坦後為人類做出卓越貢獻的科學家。不久前，著名的科學家霍金離世，讓全世界都陷入了悲痛之中。但你知道麼，如果單論科學成就，楊振寧完全不弱於霍金，只不過楊振寧的名聲不顯罷了。
  • 楊振寧為何反對建造對撞機呢?不是不想,是這三個原因太現實了!
    粒子學物理學界最先進的一個學術研究之一，如果哪個國家能夠建設一個最先進的粒子對撞機，就相當於擁有了開啟粒子學大門的一把鑰匙。目前得到科研結果最多的粒子對撞機是歐洲核子中心於1981年所建立的反質子對撞機，近些年來，一些國內外的學者開始鼓動著中國建立一個比歐洲還要大的對撞機。不過楊振寧多次公開反對中國建立對撞機，楊振寧老前輩為什麼要反對呢？
  • 楊振寧堅持反對中國建造高能加速器的歷史原因
    本文發布於2018年7月1日原標題：楊振寧堅持反對中國建造高能加速器的歷史原因 | 科學春秋編者按：中國是否應該建造大型對撞機？自2012年項目發起，爭議從未平息。2016年9月4日，知名華裔物理學家楊振寧先生在《知識分子》發表文章，稱「中國今天不宜建造超大對撞機」，將這一科學界內部的討論擴大到公眾範圍，其中不乏對楊振寧的誤解。實際上，上個世紀70年代，楊振寧第二次回國期間與中國科學界座談交流，就激烈反對中國建造高能加速器，其背後的歷史原因究竟是什麼？