從二十世紀(jì)中葉開(kāi)始，基礎(chǔ)科學(xué)進(jìn)步中很大一部分來(lái)自于高能物理，從楊振寧的楊-米爾斯方程與楊-巴克斯方程開(kāi)始到標(biāo)準(zhǔn)粒子模型建立，僅僅在楊振寧門下就先后還有7個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)跟楊-米爾斯方程有關(guān)，而這些理論的驗(yàn)證，大都需要加速器來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此從二十世紀(jì)六十年代以后是加速器發(fā)展的黃金時(shí)間。

但楊振寧作為高能粒子物理界的頂尖科學(xué)家，曾經(jīng)兩次反對(duì)中國(guó)建高能加速器，但楊振寧并非是拆中國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)的臺(tái)，反而在科學(xué)事業(yè)的發(fā)展上大大推進(jìn)了一把，我們分別從時(shí)間先后順序上來(lái)說(shuō)明下！

為什么要用加速器才能窺探到物質(zhì)最深層次的秘密？

化學(xué)反應(yīng)的最小單位是原子，因此想要更深入原子內(nèi)部研究，至少化學(xué)方式已經(jīng)不行了！真正意義上的粒子對(duì)撞應(yīng)該數(shù)盧瑟福用α粒子散射轟擊金箔，根據(jù)粒子散射的角度，盧瑟福發(fā)現(xiàn)了原子核，并且大致計(jì)算了原子核的大小！

再后來(lái)科學(xué)家用更高能的宇宙射線，但方向不好控制，隨機(jī)性很強(qiáng)，因此逐步發(fā)展出了加速器，1928年羅爾夫·威德羅制造了第一臺(tái)直線加速器，1930年勞倫斯制成了第一臺(tái)回旋加速器，從此人類步入了人工加速控制的時(shí)代，隨后各種結(jié)構(gòu)的加速器開(kāi)始出現(xiàn)，比如加速粒子不一樣的電子或者質(zhì)子加速器等！

加速器發(fā)現(xiàn)粒子的原理很簡(jiǎn)單，就如兩個(gè)核桃相互碰撞，碎裂了之后我們看到了核桃內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和核桃肉。質(zhì)子內(nèi)部不僅僅有夸克，還有膠子與其它場(chǎng)的相互作用，當(dāng)兩個(gè)質(zhì)子碰撞時(shí)，我們可以對(duì)單個(gè)組分自旋的觀測(cè)，如果能達(dá)到更高的碰撞能量，那么有可能發(fā)現(xiàn)或者創(chuàng)造新的粒子！

楊振寧第一次反對(duì)建設(shè)加速器

1972年在北京飯店舉行的高能物理發(fā)展與展望”座談會(huì)上，與會(huì)人員都比較贊成建設(shè)加速器，但楊振寧“不識(shí)時(shí)務(wù)”的提出了反對(duì)意見(jiàn)，當(dāng)時(shí)的時(shí)代背景時(shí)科學(xué)界響應(yīng)毛主席提出的“中國(guó)應(yīng)當(dāng)對(duì)人類有較大貢獻(xiàn)”的號(hào)召，因此科學(xué)界提出了一個(gè)建設(shè)加速器的計(jì)劃。

當(dāng)時(shí)西方入門的加速器建投入至少需要一億美元，而中國(guó)當(dāng)時(shí)規(guī)劃的加武器能級(jí)大約是500億eV，當(dāng)時(shí)西方主流的是3000億eV的加速器！但即使是低能級(jí)的加速器，對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)絕對(duì)是一個(gè)劃時(shí)代意義的產(chǎn)物，畢竟從零開(kāi)始，從無(wú)到有！但巨額的投入和產(chǎn)生的回報(bào)，真的會(huì)成正比嗎？

這就是楊振寧當(dāng)時(shí)考慮的問(wèn)題，他在高能物理界浸淫已經(jīng)數(shù)十年，對(duì)高能加速500億eV能級(jí)的加速器能產(chǎn)生科研成果基本已經(jīng)了如指掌，因此他認(rèn)為中國(guó)現(xiàn)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(gè)基礎(chǔ)科學(xué)行業(yè)，這產(chǎn)生的意義將比建造一個(gè)西方已經(jīng)淘汰的加速器要有價(jià)值得多！

最終加速器捱過(guò)了最困難的70年代，到了84年才開(kāi)工建造，而預(yù)算也大大降低！從現(xiàn)在看來(lái)，當(dāng)初投入到了計(jì)算機(jī)、生物學(xué)、機(jī)械制造等多個(gè)行業(yè)的快速發(fā)展，為后來(lái)展開(kāi)的863計(jì)劃提供了非常大的支持！

楊振寧第二次反對(duì)高能加速器建設(shè)

2016年9月4日，楊振寧在《知識(shí)分子》上刊發(fā)了文章《中國(guó)今天不宜建造超大對(duì)撞機(jī)》，猶如可以重磅炸彈，丟在了正在如火如荼展開(kāi)與準(zhǔn)備建設(shè)的中國(guó)版的強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)“CEPC”和升級(jí)版的"SPPC"的大討論中，兩天后的中科院高能物理研究所所長(zhǎng)王貽芳發(fā)表了《建造大型對(duì)撞機(jī)正當(dāng)其時(shí)》一文，列舉了反駁楊振寧的反對(duì)建造的七個(gè)觀點(diǎn)，針鋒相對(duì)！

上圖是CEPC加速器是工程，其中紅色部分是現(xiàn)在已經(jīng)規(guī)劃在建部分，SPPC是CEPC取得階段性成果之后再上馬部分，關(guān)于CEPC我們先來(lái)了解下背景。

• 為什么要建CEPC？

上圖是全球幾個(gè)著名的加速器裝置中心，當(dāng)然大家最熟悉的無(wú)疑是CERN（歐洲粒子研究中心）和BEPC（北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)），提到CERN，大家腦海中第一個(gè)印象無(wú)疑是LHC（大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)）在2012年發(fā)現(xiàn)希格斯粒子，并且對(duì)其的測(cè)量精度達(dá)到了10%左右！而北京正負(fù)對(duì)撞機(jī)最早是在1990年建成，在τ輕子質(zhì)量的精確測(cè)量以及發(fā)現(xiàn)“質(zhì)子- 反質(zhì)子 ”質(zhì)量閾值處新共振態(tài)、發(fā)現(xiàn)X（1835）新 粒子等，在國(guó)際上也是八大加速器中心之一！

加速器能發(fā)現(xiàn)的新的例子和更高的測(cè)量精度，加速粒子的能級(jí)無(wú)疑是第一位的，由于相對(duì)論效應(yīng)，粒子加速到極度接近光速時(shí)，相對(duì)論質(zhì)增效應(yīng)會(huì)極度增加粒子質(zhì)量，因此加速會(huì)消耗大量的能量，當(dāng)然另一個(gè)指標(biāo)是加速器的規(guī)模，越大規(guī)模的加速器可以將粒子加速到更高的能級(jí)，根據(jù)粒子的波粒兩像性，越高能級(jí)的粒子波長(zhǎng)越短，能那么它就能窺探到更細(xì)微的粒子結(jié)構(gòu)，所以，越是到達(dá)更微小的基本粒子，能級(jí)要求就越高，加速器的規(guī)模就越恐怖！

比如北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的直線加速規(guī)模為：直線加速器的規(guī)模為202米，儲(chǔ)存環(huán)的規(guī)模為240米！

LHC的規(guī)模為環(huán)形加速器，全長(zhǎng)大約是27千米，橫跨法國(guó)和瑞士邊境！

當(dāng)然兩者一個(gè)是正負(fù)電子加速器，一個(gè)是質(zhì)子加速器，兩者結(jié)構(gòu)完全不一樣，沒(méi)有參考對(duì)比意義，但我們要知道的是，即使LHC高達(dá)27千米的加速管道，對(duì)希格斯粒子的測(cè)量精度仍然只能達(dá)到10%！

CPEC可以將精度提高到1%，CEPC的規(guī)模達(dá)到70千米，后期SPPC的最高能量為L(zhǎng)HC的7倍。

CEPC部分設(shè)計(jì)CG圖

當(dāng)然造價(jià)是另一個(gè)指標(biāo)，CEPC一期造價(jià)400億人民幣，二期SPPC造價(jià)1000億人民幣，是不是有種天價(jià)的感覺(jué)？完全是這樣，而且這還是預(yù)算，比如上世紀(jì)90年代上馬的SSC（超導(dǎo)超級(jí)對(duì)撞機(jī)），從預(yù)算的30億美元不斷追加到110億美元，結(jié)果財(cái)大氣粗的美國(guó)也受不了了，最終在1993年下馬，下馬時(shí)工程都已經(jīng)部分完工了！

• 楊振寧反對(duì)的理由

其實(shí)楊振寧反對(duì)的理由很簡(jiǎn)單，高能粒子研究的黃金時(shí)間已經(jīng)過(guò)去，現(xiàn)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(rèn)為美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的Tevatron粒子加速器（2TeV）能發(fā)現(xiàn)超對(duì)稱粒子，但即使在2015年升級(jí)后的LHC（15TeV）也沒(méi)有找到！

當(dāng)然LHC發(fā)現(xiàn)了希格斯粒子，它算是完成了歷史性使命，如果CEPC啥都沒(méi)發(fā)現(xiàn)或者僅僅是更精確的測(cè)量（1%）希格斯粒子，那這個(gè)工程就算是失敗的！楊振寧在高粒子物理界猶如高高飄揚(yáng)的旗幟般的存在，早在70-80年代就建議他的學(xué)生，不要一味的鉆在高能粒子物理界，這方面在標(biāo)準(zhǔn)粒子模型建立之后就越來(lái)越難取得成果，而他的學(xué)生在接受了建議之后在其他領(lǐng)域取得的成果并不比粒子物理界的發(fā)現(xiàn)??！

中國(guó)在基礎(chǔ)科學(xué)界的成就，仍然不能和五常的其他國(guó)家相比，甚至俄羅斯在數(shù)學(xué)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(gè)諾獎(jiǎng)目標(biāo)已經(jīng)完成2/3，反觀我們中國(guó)在諾獎(jiǎng)上屈指可數(shù)，一味的上馬超級(jí)工程，盡管在科學(xué)界能引起轟動(dòng)效應(yīng)，但無(wú)疑這是一種土豪的行為！

楊振寧認(rèn)為CEPC的400億人民幣的預(yù)算加上后續(xù)SPPC的1000億，如果能讓正果的整體基礎(chǔ)科學(xué)水平上升一個(gè)臺(tái)階，那么要比建造成果虛無(wú)縹緲的超級(jí)對(duì)撞機(jī)要有意義得多，從這個(gè)角度來(lái)理解，楊振寧是真誠(chéng)的，更像是一個(gè)長(zhǎng)者的忠言！

• 王貽芳的支持理由

可能華裔數(shù)學(xué)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(zhǎng)王貽芳的觀點(diǎn)，因?yàn)樗菍?duì)這件事上有決定性影響作用的人物。

王貽芳認(rèn)為現(xiàn)在遠(yuǎn)不是粒子物理界盛宴結(jié)束之時(shí)，而是剛剛開(kāi)始，而且現(xiàn)在中國(guó)國(guó)力漸盛，一個(gè)CEPC的建設(shè)是必須的，而且這個(gè)工程將帶動(dòng)全球人才的匯集與相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的良性發(fā)展，因此CEPC的建設(shè)并不是夕陽(yáng)工程，而是一個(gè)充滿希望的朝陽(yáng)工程！

尾聲

在今年4月29日在中國(guó)科學(xué)院大學(xué)“明德講堂”上楊振寧發(fā)表高能物理“盛宴已過(guò)”為主題的討論會(huì)，第二次在公開(kāi)場(chǎng)合反對(duì)中國(guó)建設(shè)大型對(duì)撞機(jī)，使得CEPC討論剛剛有些緩和的氣氛又被推上了風(fēng)口浪尖！

“我的看法完全沒(méi)有改變?！?/p>

其實(shí)這有點(diǎn)像物理界量子力學(xué)奠基人普朗克的求學(xué)經(jīng)歷，當(dāng)年普朗克求學(xué)時(shí)，他的導(dǎo)師菲利普·馮·約利勸他說(shuō)：“這門科學(xué)中的一切都已經(jīng)被研究了，只有一些不重要的空白需要被填補(bǔ)。”因?yàn)殚_(kāi)爾文勛爵也感慨過(guò)“物理學(xué)的未來(lái)，將只有在小數(shù)點(diǎn)第六位后面去找?！钡@位帥到掉渣的小草級(jí)別的普朗克回復(fù)道“我并不期望發(fā)現(xiàn)新大陸，只希望理解已經(jīng)存在的物理學(xué)基礎(chǔ)，或許能將其加深?！?/p>

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云，成為了量子力學(xué)界的豐碑之一，我們不知道CEPC的未來(lái)的成果與命運(yùn)將如何，只能以史為鑒，期待未來(lái)！

最后，CEPC將于2022年開(kāi)工，預(yù)計(jì)2030年完工！