杨振宁为什么要四十年如一日地反对修建大型对撞机?

在我们国家近40年的物理学史上,“建造对撞机”这件事多次引发物理学家们的争论。那为什么会引发如此多的争论呢?

对撞机到底是干嘛的?

要了解这个问题,我们就需要先了解一下:对撞机到底是干嘛的?

1687年,牛顿发表了著作的《自然哲学的数学原理》,在这本书中,牛顿提出了著名的牛顿力学体系以及万有引力定律。

后来这套体系被许多数学家和物理学家进一步地深化,一直到19世纪早期,著名的数学家拉普拉斯完成了5卷16册的巨著《天体力学》。拉普拉斯发现,牛顿力学已经可以解释几乎所有的物理学现象,因此,他提出了著名的“拉普拉斯妖”的科学假设,这个科学假设也被称为:决定论。

拉普拉斯的决定论是指只要知道宇宙中任何粒子的运动状态,根据力学规律,就可以知道宇宙去过和未来的变法。用一句话概括就是宇宙被一个终极的力学规律所控制,一切都是命中注定。

可是到了19世纪末期,20世纪的早期,情况就发现了变化。这时候在经典物理学上空出现了两朵乌云,一朵是黑体辐射,一朵是以太假说的失败。不过,在这里我们不去具体讲这两朵乌云到底是什么。我们就来说一说为什么会出现两朵乌云。

具体来说,引发这个问题的最核心问题是:尺度。牛顿力学说白了是有一定适用范围的,我们把这个范围叫做:宏观低速的世界。这个尺度大抵就是人的身高到地月系统,在这个范围内,牛顿力学极其精准。但是如果跑出这个范围,比如,到了高速状态,或者引力特别大时,这时候牛顿力学就不那么准了。不仅如此,到了原子级和比原子还要小的尺度,牛顿力学的误差就会非常大。因此,如果是不在宏观低速的尺度内,就需要新的理论来弥补,这时候就诞生了相对论和量子力学。其中量子力学描述的就是微观世界(原子级以及亚原子级)的物理学现象。

但是我们要描述微观世界的前提是得能够观测到微观世界的现象。科学家想到的就是让粒子来对撞,并检测对撞之后的生成物来观测微观世界。对撞机就是用来加速粒子,让粒子对撞的实验仪器。

但是如果想要看到更多的现象,就需要让粒子以更快的速度对撞。更快的速度意味着需要更多的能量,对撞机就得建造的更大一些。比如:欧洲大型强子对撞机LHC的环形隧道长度达到27公里。这也是迄今为止最大的对撞机,建造和日常维护这个对撞机花了上百亿美元。

杨振宁为什么反对建造对撞机?

客观地说,建造对撞机对于科技的发展作用不大,它的主要作用其实就是验证现有的物理理论以及找到新的微观世界的现象,都是聚焦在理论物理的。而理论物理学就好比是相对论,量子力学,牛顿力学,它们算是人类共同的财富,发表成论文之后,全世界的同行都可以看到,这和原子弹、芯片的制造完全是两码事。

杨振宁是在1971年第一位作为国际学者访华的,当时受到了非常高规格的待遇了。从那之后,杨振宁几乎每年都会访华。直到80年代之后,他开始在国内旅居,在各个高校和实验室来回奔波。

他是1972年的时候参加了一个会议,在这个会议上就提倡建造对撞机。我们知道,当时处于一个特殊的时期,参与会议的大多数人都是赞同这个项目的。杨振宁原本就是高能物理的奠基人之一,因此当时参与会议的人询问杨振宁的意见。杨振宁就提出:反对建造对撞机。

他认为,当时经济并不理想,建造对撞机需要大笔的费用,建造出来的对撞机还是欧美淘汰的技术,很难有什么大的成果。与其投入到对撞机,不如投入到计算机,生物学 ,工程,医学领域,这样更容易出成果。所以,杨振宁本质上是认为投入到对撞机当中性价比不高。一直以来,他也是奉行这个信念,他曾招募过获得过图灵奖的计算机专家姚期智到清华,姚期智到清华后开设了清华姚班,培育了大量的顶尖计算机人才。

应该说,杨振宁经历60年代-90年代美国计算机行业的高速发展,看到了计算行业发展带来的成果,才会认为投入计算机,生物,工程,医学等领域才是性价比最高的。

可能你要说,那后来为什么还在反对呢?

其实就像我们上文说到的,欧洲的LHC已经花掉了巨额的资金,在此之前,美国也曾经要建造一个大型对撞机,结果发现是一个投入无底洞的项目,最终放弃了。而如今要我们国家的物理学家号召的是要建设一个长度达到100公里的对撞机,这笔费用肯定不会比LHC花的少。因此,杨振宁认为这个项目至少要花到千亿美金的级别,关键是还不一定会有巨大的成果。这么多钱投入到其他领域会更有效果一些。因此,他依然还反对这个项目。

我个人的观点是:在科学和科技领域投入资金的项目有很多很多,比如:芯片,暗物质和暗能量的研究,引力波的研究,量子通信的研究,科学和科技的研究不仅仅只有对撞机一个项目,很多国家都是挑选几个前沿的领域来做研究。所以,我们其实也可以挑选几个最前沿的领域来研究,比如:芯片,量子通信等等,而未必非要投入如此巨大的资金来做对撞机。