杨振宁、丘成桐、王贻芳之争：中国是否应该建造大型对撞机

21世纪以来，中国科学界最有名的论争应该就是杨振宁王贻芳丘成桐之争了吧。一位是世界范围内的物理领域权威泰斗，一位是中国高能物理界领军人物，还有一个是对 微分几何和数学物理的发展做出了重要贡献、斩获菲尔兹和沃尔夫奖的数学大牛。而三个人争论的焦点就是中国是否应该建造大型对撞机。

王贻芳、杨振宁、丘成桐

大型对撞机是粒子物理科学家为了探索新的粒子，和微观量化粒子的‘新物理’机制设备，是一种将质子加速对撞的高能物理设备。

大型对撞机局部图

过去几十年来，物理学家不断在细节上加深对构成宇宙的基本粒子及其交互作用的了解。了解的加深让粒子物理学的“标准模型”变得更为丰满，粒子物理学的“标准模型”是指关于已知物质 的微观最基本单元——轻子和夸克，最基本相互作用（三种规范相互作用：强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用），产生粒子质量机制——黑格斯机制及其量子——轻子、夸克、希格斯粒子和规范相互作用的量子相互作用和转化的基础理论。

粒子标准模型的内涵（特别是强作用引起的手征相变，夸克、胶子、等离子体以及色超导相变的规律和条件等）和应用让人类对微观世界的认识推向更加深入的层次（如超对称，大统一，额外维时空等）。此外，标准模型的成功，推动了天体物理、宇宙学和核物理等学科的重大发展，诞生了新的交叉学科（如粒子宇宙学，高能天体物理学等）。

但这个模型中仍存在缝隙，以至于我们无法绘制一幅完整的关于微观世界的图画。为了帮助科学家揭示粒子物理学上这些关键性的未解之谜，需要大量实验数据支持，大型对撞机便担负起“数据提供者”的角色，这也是非常重要的一个步骤。大型对撞机能够将两束质子加速到空前的能量状态而后发生相撞，此时的撞击可能带来意想不到的结果，绝对是任何人都无法想象的。

简单来说， 大型对撞机有望揭开宇宙起源的奥秘在内五大谜团。即96%的宇宙由什么构成； 为什么找不到反物质；物质在宇宙诞生后的第一秒呈什么状态；物质在宇宙诞生后的第一秒呈什么状态；空间的额外维度真的存在吗？

所以面对大型对撞机可能带来的好处，2012年以来，一些高能物理学家纷纷建议中国应该修建大型对撞机。

2016年，著名数学家丘成桐在答媒体的《关于中国建设高能对撞机的几点意见》掀起了这场论战的序幕。“一百年来，多少智慧，多少金钱，投入到一些看来没有用的基础科学上。但是这些投资却成就了今天西方国家文化的基础。”丘成桐写道，“今日的中国，已非吴下阿蒙，难道不需要为这个人类最崇高的理想作点贡献？”

丘成桐在公开演讲中表示：“小的不能再小的粒子，经过100公里碰在一起，这需要一个很精细的机器才能做得成功。所以我们需要制造精度空前的探测器和发展强化的数据处理、存储与传输的新技术。每个地方都会对中国有很大的贡献。”

2016年9月初，在微信公众号 “ 知识分子 ” 上，杨振宁发表了一篇文章《中国今天不宜建造超大对撞机》，反驳了丘成桐此前发布的一篇文章《丘成桐：关于中国建设高能对撞机的几点意见并回答媒体的问题》。此后，王贻芳加入了论战，由此，掀起了这次论战的高潮。

杨振宁对于大型对撞机有非常深入的研究。因为粒子物理学“标准模型”的建立，杨振宁作出了卓越的贡献，杨振宁提出的Yang-Mills规范理论，这是整个粒子物理标准模型的基础。标准模型的两大部分电弱统一模型和量子色动力学（QCD）都是靠Yang-Mills规范理论建立起来的，其中电弱统一模型直接用了他提出的SU(2)，量子色动力学在他的基础上扩展到了SU(3)。标准模型的建立已经成全了7次诺奖。而他斩获诺奖的宇称不守恒同样对“标准模型”的建立发挥了巨大的作用。

电弱统一模型

所以在这方面具有丰富经验的杨振宁认为中国在现在这个时间点建设大型对撞机没有必要。

杨振宁给出了他的意见：

1、经费投入的成本太高。至少200亿美元。而且大型加速器还有不能按计划完工的“优良传统”，除了大型强子对撞机的建设成本，单年运行维护的费用会比单年工程支出更高，是一个持续烧钱的无底洞，而且具有学术研究价值的“超对称粒子”是二期SPPC才有机会办到的事，在一期CEPC是无法办到的，也就是说一期CEPC就是在不断烧钱而且没有回报。
2、杨振宁认为中国仍然是一个发展中国家，有很多燃眉之急的问题需要解决，这些地方还需要大量的资金投入。
3、如此大量的资金投入势必挤压其他领域的科研经费，包括凝聚态物理、天文物理、生命科学。
4、杨振宁认为如今的高能物理已经陷入了一个窘境，超对称粒子的存在只是一个猜想。他的原话如下：找超对称粒子已经有很多年了，完全落空。今天希望用超大对撞机来找到超对称粒子，只是部分高能物理学家的一个猜想。多数物理学家，包括我在内，认为超对称粒子的存在只是一个猜想，没有任何实验根据，希望用极大对撞机发现此猜想中的粒子更只是猜想加猜想。（自此杨振宁统一了三大力以后，许多科学家寄希望找到“超对称粒子”以统一引力与其他三种力，实现物理的第二次大一统）
5、短期内无法反哺技术，无法促进生产力的提高。也就是投入产出比无法持平，甚至利用高投入达到高产出。五十年内对人类生活没有实在好处。
6、如果想要建造成功的话，那么势必会由90%的非中国人主导，因为建设大型强子对撞机欧美更富有经验。而且即使有成果中国也不一定能拿诺奖
7、不建超大对撞机，高能物理的方向可以先转移到寻找 a.更好的加速器原理 b.寻找美妙的几何结构。

杨振宁的话其实还是有些实际道理的，1983年7月，美国打算全力建造一个“世界最大”的加速器。资深物理学家戴维·杰克逊将它命名为“超导超级对撞机”。1986年完成了雄心勃勃的工程方案：环形粒子加速器周长87.1公里，隧道位于地下70米，8662块超导偶极磁铁用10个冷冻厂的液态氦维持在4.3K低温，接近光速的两束质子在4厘米孔径中以40万亿电子伏特能量迎头相撞，模拟出宇宙大爆炸后瞬间的物理环境，找到希格斯玻色子和其他新粒子。预计总成本44亿美元。

德克萨斯超导超级对撞机工程开挖的隧道和竖井

然而随着工程造价太高并不断攀升。1989年预算为59亿美元，1991年达82.5亿美元。引起了美国史上最大的一次争议，那就是建造这个有什么用，耗费如此大的资金。

最终，1993年，国会众议院以280票对150票的悬殊比例通过决议，将总预算已增至110亿的超导超级对撞机“就地正法”。美国“超导超级对撞机”成为世界上最大的“科学废墟”。

建造大型强子对撞机的确费用太高，即使是美国也负担不起如此高额的费用，而且短期内无法看到任何成果。只能寄希望于“运气”。

成为一片废墟

而日本的超级神冈中微子探测实验投入建造只花费了1亿美金，目标是探测质子衰变以及被设计来寻找太阳、地球大气的中微子，并观测银河系内超新星爆发。从1983年建造，到如今，已经出现了2位诺奖。实现了最小的投入最高的产出。

另外也可以做一个对比，“天眼”（FAST）大家都熟悉，造价大概是10亿人民币，散裂中子源20亿人民币，北京正负电子对撞机8.8亿人民币，所以你会发现，造大型对撞机成本的确很高。

所以，也可以理解杨振宁为什么会反对建设大型强子对撞机。

而王贻芳则认为建造大型强子对撞机利大于弊，王贻芳是中国高能物理界的领军人物，2012年3月8日王贻芳团队实验测得新的中微子振荡模式，该实验入选美国《科学》评选的“2012年十大科学进展”。

王贻芳则认为在这方面其他国家花的钱比这更多，欧洲的大型强子对撞机55亿欧元，还没建的“未来环形对撞机”第一步计划投入90亿欧元。用他的话来说，与其做很多“小东西”，不如建个大的，三年后开始建，2030年完成，如果比竞争对手欧洲核子中心的未来环形对撞机快，对人才引进和培养大有好处。

环形对撞机设想

在王贻芳的设想里，可在地下挖掘环形通路，先后建造正负电子对撞机和质子对撞机。正负电子对撞机的对撞能级较低，但它的建设可为质子对撞机节省成本。与LHC相似，质子对撞机在环形通道内使用质子对撞。物理学家设想的中国对撞机的通道长度将是LHC的2—4倍，对撞能级达70—100TeV或100—140TeV，远超LHC的14TeV。计划，中国的对撞机将在初期阶段只针对电子，且对撞能量仅有能量240 GeV，而后期则逐渐开足马力进行质子对撞。这会是一个两倍于LHC的环形粒子对撞机，周长达到了52公里，能量能够较LHC提升五到十倍。

另外，王贻芳也提出欧洲的大型对撞机的确也做出了成果，2012年7月4日，欧洲核子研究中心更是震惊了整个世界。两年以来，大型强子对撞机的两个独立团队各自集结3000名科学家，从800万亿次质子对撞数据中大海捞针，分别于5月13日和6月10日发现了“上帝粒子”希格斯玻色子，实现了高能物理学家半个世纪的追求和梦想。至此，粒子“标准模型”的最后一块“拼图”终于找齐了。

上帝粒子

2013年10月8日，比利时物理学家弗朗索瓦·恩格勒和英国物理学家彼得·希格斯共同获得诺贝尔物理学奖，他们在1964年便独具慧眼，预见了希格斯玻色子的存在，如今最终得到证实。

2018年8月，欧洲核子研究中心宣布，该机构人员用大型强子对撞机（LHC）加速了电离的铅原子，这是该设备首次用于加速原子。

欧洲粒子物理研究所科学家将质子与铅原子放入大型强子对撞机

另外王贻芳认为中国对基础科学的投入越来越多，对于大型对撞机的投入并不会影响对其他基础科学的投入，而且还有利于吸收人才。

两个人的争论在中国科学界掀起了巨大风波，一大批科学家纷纷站队，甚至扩散到了全球，个大物理学家都纷纷阐述了自己的意见。

比如牛津大学物理系 Daniela Bortoletto教授认为：大型粒子对撞机不可取代，利大于弊，希格斯玻色子的研究非常重要，中国如建成将从各方面受益匪浅。

但德国马克思普朗克研究所 Christoph Keitel 教授则持反对意见：

“高能物理学界需要研发效能更高的加速器，例如激光粒子加速器就很有潜力。欧洲大型强子对撞机（LHC）投入产出比已经相当不错。对于“中国规划中的对撞机获得的成果能显著超越欧洲大型强子对撞机”的说法，我持谨慎态度。”

而著名物理学奖得主菲利普·沃伦·安德森以及戴维·格罗斯更是发长文支持杨振宁，认为建大型对撞机代价昂贵，可探索其他研究方式。格罗斯则直言中国如重复美国的错将是悲剧。

安德森

这两位都是在粒子物理中中做出过卓越成就的科学泰斗，菲利普·沃伦·安德森凭借磁性和无序体系电子结构的基础性理论研究斩获诺奖，而格罗斯则是对量子场中夸克渐近自由过程中的开创性发现

迄今为止，依然没有争论出一个结论。众多科学家针锋相对的发言在互联网上引发了一波又一波激烈的辩论。然而，辩论不断升级，甚至还有科学媒体邀请了支持反对两方的科学家在互联网上进行公开论争。

然而迄今为止，依然没有争论出一个结论。

如今，中国大型对撞机已经确认建设，到时候是否会有巨大的发现，就会给这场21世纪中国影响最大的科学论争划上一个句点！一切就交给时间吧！