激辯中國是否該建巨型對撞機
一場罕見的、針鋒相對的辯論，在科學界爆發。辯論焦點是「中國是否應該建造巨型對撞機」。支持方以華裔數學家丘成桐、中科院院士王貽芳為代表，反對方則有諾貝爾物理學獎得主楊振寧等。建造巨型粒子對撞機，是對是錯，或許需要幾十年甚至幾代人來證明
《財經》記者 孫愛民/文
自2016年9月4日，一場罕見的、針鋒相對的辯論，在科學界爆發。這場辯論，幾乎在第一回合就引發「爆點」，並順勢越出科學界，引起公眾的普遍關注與廣泛討論。辯論的焦點是「中國是否應該建造巨型對撞機」。支持方以華裔數學家丘成桐，中科院院士、中科院高能物理所所長王貽芳為代表，反對方則有諾貝爾物理學獎得主楊振寧等。
巨型對撞機，全稱是「環形正負電子對撞機和超級質子對撞機」（CEPC-SPPC），就是建造一個周長50公里－100公里的環形隧道，可以讓正負電子在這個隧道中發生對撞，以實驗、觀察「物質世界到底是如何組成的」。
若建成，這將成為世界上最大的高能粒子對撞機。宇宙大爆炸後，物質世界是如何組成的？一系列猜想與理論是否正確？這是對撞機的使命。然而，這個工程可能花費千億元，這還不算後期運行的經費，以至於從它的科學意義、目標、科技成果轉化等，到與其需要耗費的資財、人力等是否相當，成為辯者的靶點。
這場摻雜了基礎科學理論、工程建設等各種因素的辯論，還在發酵。無論工程是否最終實施，辯論雙方究竟孰是孰非，或將需要幾十年、甚至幾代人來證明。
科學價值有多大？
「丘教授（丘成桐）的理解有誤！」9月4日，楊振寧發表署名文章《中國今天不宜建造超大對撞機》以此開篇，短時間內在新媒體平台上傳播量達到「10萬+」，瞬間引發中國科學界「地震」。
此前，8月29日，丘成桐發文稱，「（歐美不同地方的高能對撞機）實驗背後的基礎理論都用到楊（振寧）先生的學說，因此每一次突破後，我們對楊先生的學問有更進一步的景仰！所以說楊先生反對高能物理須要有更進一步的發展，使人費解！」
楊振寧發文翌日，王貽芳在同一新媒體平台，發表題為《中國今天應該建造大型對撞機》的署名文章，文章針對楊文的七點看法，一一予以反駁。
「巨型電子對撞機」有什麼用？「希格斯粒子」、「標準模型」是什麼？
兩者都是為了探索「物質世界到底是如何組成的」這一終極問題。上世紀六七十年代，科學家為了解答這一問題，建立了粒子物理的「標準模型」，用來解釋物質世界是由什麼（基本粒子）組成以及如何組成的。
雖然取名叫「模型」，實際是一套完整的理論體系。「標準模型」把基本構成粒子分為夸克、輕子和玻色子三大類別，共62種。基本粒子比人們熟知的原子、分子更小，再好的顯微鏡也不可能看到它們。質子、中子的大小，只有原子的十萬分之一。
「標準模型」的理論認為，三個夸克結合成一個質子，三個夸克結合成一個中子，質子跟中子結合構成原子核，原子核外面繞著電子，就構成一個原子，然後再構成物質世界。
中科院高能物理所研究員曹俊接受《財經》記者採訪時說，幾十年來，科學家先後通過實驗，證實了這些粒子的存在，「僅僅這一模型的建立與完善，就給物理界帶來18個諾貝爾獎」。
「標準模型」中的62種粒子，最後被實驗證實的，是被稱為「上帝粒子」的希格斯粒子。2012年7月4日，歐洲核子研究中心在大型強子對撞機（LHC）的ATLAS和CMS實驗中，發現了這一粒子。
希格斯粒子解釋了為什麼一些基本粒子具有質量。正是希格斯粒子，讓楊振寧和米爾斯提出了一種看似與現實世界沒有任何關係的規範場論，最終成為「標準模型」的基礎。希格斯粒子作為質量之源，在137億年前的宇宙大爆炸初始就不再自然存在。科學家要再次捕獲希格斯粒子的蹤跡，只能建造高能對撞機，通過高能粒子的對撞，來模擬宇宙起源的時刻。
「復活」大批希格斯粒子，並進行測量、研究，正是環形正負電子對撞機設計的初衷。
既然歐洲已經發現了希格斯粒子，為何還要再建另外的高能對撞機？中國科技大學物理學院教授劉建北對《財經》記者解釋，雖然發現了「上帝粒子」，但是科學家對其屬性研究得還不透。要做精確測量，必須建正負電子對撞機。
在實驗中，高能力碰撞時，質子中的很多成分會遍地開花，產生一大堆東西，但科學家真正感興趣的只是其中一部分，這給測量帶來很大幹擾。
按劉建北的觀點，從某種意義上講，建大型對撞機不存在物理上的風險。人類已經知曉如何產生希格斯粒子。把能量調到某種程度，必然能產生希格斯粒子，也必然能夠進行測量。
然而，中科院物理所一名不願具名的研究員與劉的觀點相左，「國內粒子物理的研究水平不夠，在國際高能物理學領域，中國物理學家的分量很低」，即便建成，也很難出成果。
該研究員同時表示，國內整體的工業水平，也難以滿足整個工程的設備製造需求，「國內物理學界使用的科學儀器，幾乎都是進口的。現有的科學儀器廠，只能製造低端設備」。
對於此觀點，曹俊表示，根據發改委鑒定報告，正在運行的北京正負電子對撞機（BEPC，下稱北京對撞機）的國產化率是85％（按經費量）。「大亞灣中微子實驗沒有正式統計過，國產化應該超過90％。」
時任北京對撞機工程領導小組辦公室主任柳懷祖告訴《財經》記者，北京對撞機科學目標論證的比較充分，抓住了t-粲物理研究的窗口，大大降低了風險。「現在談CEPC的工程經費與運行還為時尚早，應該對其科學目標進行嚴謹而充分的論證，讓學界不同意見充分討論，以達到初步共識。」
目前，新項目還處於預研階段，預研將持續到2020年，而後續還將在同一隧道中建造質子對撞機（SPPC）的設想，這一預研階段將持續到2040年。王貽芳告訴《財經》記者，「我們要通過預研把所有的技術問題都解決，才會進入工程建設。」
經費投入值嗎？
龐大的經費，成為包括楊振寧在內的反對者的首要「攻擊點」。在上世紀七八十年代，圍繞投入2.4億元建設的北京對撞機，就發生過一次類似的討論，當時這錢花得值不值就是爭議點之一。
1988年10月，北京對撞機竣工，當月，便實現了第一次對撞。該裝置歷經了多年的爭論與科學論證，柳懷祖對此記憶猶新，楊振寧曾對他說，「中國現在這麼窮，為什麼不多買、多造一些鐵甲車（坦克），而要花這麼錢搞高能加速器？」
當年，不僅在科學界，中央領導、人大、政協中，不乏反對北京對撞機上馬的聲音，擔心其會成為廢銅爛鐵。
最終，在鄧小平的支持下，北京對撞機通過了立項、奠基、工程建設。「當時心情非常的緊張，非常脆弱，生怕會失敗。」柳懷祖認為，鄧小平之所以堅定地支持北京對撞機，是將其視為「科學技術是第一生產力」與改革開放的一次實踐。
至今運轉30年後，與國際其他設備相比，北京對撞機雖在能量上差好幾個數量級，但王貽芳認為，取得的成果，還是可以與國際上其他裝置比肩的，至少仍然是國際高能物理領域四大實驗室之一。然而，「現在楊振寧先生反對的理由，跟上世紀七八十年代反對的理由沒有差別，完全是同樣的說法。當時他就說，對撞機對國家經濟、國防沒有意義，還不如多造一些武器，多做一些跟工農業生產更直接的事。30多年來，他的觀點沒變、理由沒變，認識也沒變。」
《財經》記者從互聯網上的評論看到，楊振寧關於將對撞機經費用於民生、經濟、軍事等領域的看法，得到了相當一部分網民的支持。
整個項目將花多少錢？
預估第一步CEPC建設階段，工程造價約400億元，若可以走到SPPC階段，工程造價在1000億元以內。
清華大學高能物理研究中心主任高原寧，在今年8月份召開的第十二屆全國粒子物理學術會議上表示，按照設計，中央政府將投入70％－80％的科學設施建設費用與部分運行費，地方政府、國際合作、私人與企業贊助、中國科學院將承擔其他費用。
CEPC未來預研計劃中，加速器預研經費需要8.2億元，探測器需要0.8億元，同步輻射裝置需要0.3億元，土建和通用設施需要0.7億元。
王貽芳對《財經》記者分析，對於經費，有的人覺得值，有的人覺得可以用於民生，實際上，大家沒有在一個基礎上討論。「從國家的角度講，科學的錢與民生的錢，完全是兩碼事，任何國家永遠不可能拿科學的錢做民生。一個國家就算經濟水平很低，也不可能不做科學，將錢全部用於扶貧。」
《2014年全國科技經費投入統計公報》顯示，2014年全國共投入研究與試驗發展經費（R&D）13015.6億元，其中，全國用於基礎研究的經費支出，僅為613.5億元，佔比4.7％。雖然全國R&D近些年一直處於上升趨勢，但基礎研究的投入並不是投入的主要興趣所在。
作為一個基礎研究項目，CEPC提出方預計，項目的第一階段出資大約300億元、每年30億元，若到第二階段，數據則分別為700億元和70億元。這意味著，若項目得以立項、開建，將佔財政科技支出中每年30億元，甚至70億元，這還不算上工程建設中超出預算的經費，及後期的運行經費。
楊振寧也不是一貫地堅決反對。柳懷祖稱，「到北京對撞機建設前後，楊振寧的態度有些緩和，他對北京對撞機未來的應用產生了興趣，尤其是同步輻射的應用。」
未來將證明
人類共建27個粒子加速器，尚有7個在運行，分別在中國、日本、俄羅斯、美國和歐洲。現在，不止中國科學家提出的這個巨無霸方案，國際上正在醞釀的超高能對撞機，還有國際直線對撞機（ILC）、緊湊型直線對撞機（CLIC）、大型正負電子對撞機（LEP3）、極高能大型正負電子對撞機（TLEP）、未來環形對撞機（FCC）、超大型強子對撞機（VLHC）、繆子對撞機（MC）等。
國內反對的聲音會對未來項目立項與審批產生影響。在國家層面，政府是否支持該項目，王貽芳坦言「不清楚」。
2016年6月2日，中國物理學會高能物理分會委員會擴大會議，集中討論後決定，以「大型環形正負電子對撞機（CEPC）關鍵技術驗證裝置」名稱，來申請「十三五」國家發改委項目。
但在發改委的投票中，CEPC僅因一票之差，未能進入下一輪的評審。這意味著CEPC無法在「十三五」期間，獲得來自國家發改委的支持。
14天後，科技部初步批准3600萬元用於CEPC的探測器和加速器部分關鍵技術的設計預研究。「我們期待科學院、科技部、基金委未來能夠繼續給予CEPC支持。」王貽芳表示。
短期內獲得更多的科研經費遇阻，新的超大對撞機的研究方向會否改變？
楊振寧在文章中提到，「希望用超大對撞機來找到超對稱粒子，只是一部分高能物理學家的一個猜想。多數物理學家，包括我在內，認為超對稱粒子的存在只是一個猜想，沒有任何實驗根據，希望用極大對撞機發現此猜想中的粒子更只是猜想加猜想。」並建議，中國高能物理學界應該將研究重點轉向「尋找新加速器原理，及尋找美妙的幾何結構，如弦理論所研究」。
「楊先生的說法沒有太多道理，這兩方面都談不上是高能物理的主要方向，不是主流。少量的人做些研究是沒有問題的，但是高能物理的發展如果依賴於非主流的研究，那就風險太大了。」王貽芳告訴《財經》記者，「就像引力波，大家找了幾十年，中間如果放棄了尋找，就不會有今天。」到目前為止，歐洲粒子物理研究中心的大型強子對撞機（LHC）只獲得了計劃獲取數據的2％，尚有98％的數據還沒取到，遠遠不到下結論的時候。
超出「標準模型」的新物理，到底是什麼形式，科學界有很多理論，科學家也不確定哪種理論是正確的。
劉建北接受《財經》記者採訪時表示，超對稱是為了解釋目前標準模型解釋不了的現象，「雖然未必是正確的，但需要實驗去檢驗。目前的實驗沒看到超對稱理論預言的現象，但不能叫失敗」。
截至記者發稿，楊振寧未對辯論予以回應。
國際合作，是超大對撞機目前唯一可以確定的。大型對撞機的設備主要由加速器與探測器構成。其中，加速器是主體，主要是所在國承擔大部分經費，而進行科學實驗的探測器，一般是高度國際合作建造的。劉建北分析，「歐洲LHC基本採取這種方式，探測器的成本一般佔到10％以上，不會超過20％。」
對於中國高能物理學界，國際合作一點都不陌生。
柳懷祖介紹，美國在建設超導超級對撞機（SSC）期間，就與中國科學家展開了合作，中方用磁鐵、磁鐵支架等產品入股。不僅如此，中方還成立了朱鎔基為組長、宋健為副組長的「國務院超級對撞機國際合作領導小組」。而在北京對撞機建設期間，美國科學家也為中國項目提供科學方面的幫助。
「中國是否需要建巨型粒子對撞機，或許需要幾十年，甚至幾代人來證明。」柳懷祖表示，「但是，探索世界的物質構成，是人類共同的事業，需要大家的智慧共同出錢來做，新項目一定要進行充分的國際合作。」
（本文將刊發於2016年9月19日出版的《財經》雜誌）
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