對(duì)撞機(jī)：物理學(xué)的進(jìn)步或詰難？
——從SSC、LHC看基礎(chǔ)物理“大科學(xué)”工程的爭(zhēng)議

劉一鳴，賴燕茹

(1.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)人文與社會(huì)科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410073；2.國防大學(xué)政治學(xué)院，江蘇 南京 210000)

對(duì)撞機(jī)：物理學(xué)的進(jìn)步或詰難？
——從SSC、LHC看基礎(chǔ)物理“大科學(xué)”工程的爭(zhēng)議

劉一鳴1，賴燕茹2

(1.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)人文與社會(huì)科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410073；2.國防大學(xué)政治學(xué)院，江蘇 南京 210000)

對(duì)比SSC、LHC兩大對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目，其中充斥的科研立項(xiàng)利益之爭(zhēng)、大小科學(xué)之爭(zhēng)、認(rèn)知與應(yīng)用之爭(zhēng)最終導(dǎo)致了二者的不同命運(yùn)。隨著科學(xué)技術(shù)與社會(huì)聯(lián)系的日益緊密，公眾參與科學(xué)的深度和廣度不斷拓展，甚至對(duì)科學(xué)研究過程產(chǎn)生重大影響。文章從SSC、LHC項(xiàng)目出發(fā)，分析基礎(chǔ)物理“大科學(xué)”工程中的爭(zhēng)議，并對(duì)其創(chuàng)新環(huán)境問題提出一些建議。

SSC；LHC；高能物理；“大科學(xué)”工程

Abstract：There is full of contention research project interests,the size of the scientific dispute,cognition and dispute in SSC and LHC projects,which eventually led to the application of the different fates.As the increasingly close ties between science and technologe and society,the depth and breadth of public participation in science continue to expand,and even have a significant impact on the scientific process.From SSC and LHC projects,the paper analyzes dispute in“Big Science”projects of the basic physics,and puts some suggestions.

Keywords:SSC；LHC；High energy physics；Big Science project

“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星的成功升空，再次證明基礎(chǔ)物理學(xué)研究的重大價(jià)值。然而，在物理學(xué)發(fā)展史中，自普朗克發(fā)現(xiàn)量子后，關(guān)于量子物理認(rèn)知與應(yīng)用的爭(zhēng)論從來沒有停止過，從愛因斯坦堅(jiān)信“上帝不會(huì)擲骰子”引發(fā)與玻爾的論戰(zhàn)，到圍繞微觀世界的測(cè)量是否有主觀介入，這些科學(xué)界的爭(zhēng)論向公眾展示了更多基礎(chǔ)物理學(xué)的魅力。此次量子物理在應(yīng)用領(lǐng)域的突破，使得同為基礎(chǔ)物理學(xué)的高能物理再次獲得公眾關(guān)注。1993年美國的超級(jí)超導(dǎo)對(duì)撞機(jī)SSC(Superconducting Super Collider)計(jì)劃歷時(shí)數(shù)年，耗費(fèi)20億美元卻最終下馬了。2008年歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC(Large Hadron Collider)建成，隨著“上帝粒子”(這里指希格斯玻色子(Higgs boson)，它是當(dāng)代粒子物理學(xué)“標(biāo)準(zhǔn)模型”理論所預(yù)言的一種粒子，被認(rèn)為是物質(zhì)的質(zhì)量之源。科學(xué)家認(rèn)為，一旦驗(yàn)證了希格斯玻色子的存在，物質(zhì)質(zhì)量起源之謎就會(huì)被徹底揭開)被發(fā)現(xiàn)，高能物理領(lǐng)域的中心再次從美國轉(zhuǎn)移到歐洲。當(dāng)前，對(duì)撞機(jī)是否奏響了高能物理的絕唱、中國是否要建超級(jí)對(duì)撞機(jī)等爭(zhēng)論仍在繼續(xù)，再看SSC和LHC兩大對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目的不同命運(yùn)，或能對(duì)當(dāng)前基礎(chǔ)物理“大科學(xué)”工程的進(jìn)路有所啟發(fā)。

1 SSC項(xiàng)目的啟動(dòng)與終止

至19世紀(jì)50年代，人類發(fā)現(xiàn)了包括重子、輕子在內(nèi)的幾百種粒子，建立了高能物理學(xué)，提出描述基本粒子的標(biāo)準(zhǔn)模型理論，并且預(yù)言了“上帝粒子”——希格斯玻色子，再次補(bǔ)充了這一理論[1]。SSC項(xiàng)目主要目標(biāo)是通過尋找頂夸克粒子和希格斯玻色子來對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型理論進(jìn)行驗(yàn)證，從而發(fā)現(xiàn)更深層次的新物理，以此打開新物理學(xué)的大門[2]。

1.1 國內(nèi)外危機(jī)促成SSC的立項(xiàng)

在美國建成SSC之前，世界高能物理的中心實(shí)際上在歐洲，那里有核子研究中心和粒子物理研究中心，SSC項(xiàng)目作為高能物理的偉大創(chuàng)舉，之所以在美國上馬，有其深層次軍事、政治、經(jīng)濟(jì)和科技原因。軍事方面，時(shí)值冷戰(zhàn)，美蘇軍備競(jìng)賽激烈，蘇聯(lián)經(jīng)濟(jì)發(fā)展更有趕超美國的態(tài)勢(shì)，美國因此加大科技投入，積極研究高能物理，想以其軍事應(yīng)用來威懾蘇聯(lián)，維持其軍事霸主地位；政治上為了與歐洲搶奪科技領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，維持其超級(jí)大國的戰(zhàn)略地位，加大高能物理領(lǐng)域的投入；經(jīng)濟(jì)方面，美國國內(nèi)市場(chǎng)在遭遇嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)危機(jī)后呈現(xiàn)持續(xù)低迷的態(tài)勢(shì)，急需拉動(dòng)內(nèi)需擴(kuò)大就業(yè)，SSC項(xiàng)目這樣的“大科學(xué)”工程涉及各個(gè)領(lǐng)域的協(xié)同，帶動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，恰恰提供了相當(dāng)多的就業(yè)機(jī)會(huì)；此外，二戰(zhàn)結(jié)束后，美國大力扶持科研項(xiàng)目，吸引來自世界各地的科技人才，這些人才儲(chǔ)備為SSC項(xiàng)目的上馬提供了可能性。因此，SSC項(xiàng)目在眾人矚目的情況下匆匆上馬了。

SSC的直接目的是“為了使美國重新找回在基礎(chǔ)物理學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位”[3]，而其科研目的則是通過高能粒子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證高能物理領(lǐng)域的兩大難題。高能物理界的一系列實(shí)驗(yàn)不斷驗(yàn)證著標(biāo)準(zhǔn)模型，而其預(yù)言的頂夸克和希格斯玻色子仍未得到驗(yàn)證。因此，不管是證實(shí)還是證偽基本粒子的存在，對(duì)高能物理界都是一個(gè)巨大突破。若“上帝粒子”被證實(shí)，人們對(duì)宇宙起源的研究將有重大進(jìn)展；若被證偽，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)模型理論的缺陷和不足，也能夠促進(jìn)科學(xué)理論的進(jìn)一步發(fā)展。自1987年SSC項(xiàng)目正式啟動(dòng)以來，該項(xiàng)目也的確取得了一些驕人成績(jī)。SSC擴(kuò)大了就業(yè)拉動(dòng)了內(nèi)需，對(duì)國防工業(yè)也不無裨益；大批的學(xué)生和老師得到了培訓(xùn)，高能物理后續(xù)人才隊(duì)伍充足；低溫技術(shù)、加速器和超導(dǎo)磁體等技術(shù)通過SSC溢出回饋社會(huì)[4]。

1.2 重重爭(zhēng)議制約工程開展

隨著SSC預(yù)算的大幅度增長(zhǎng)，原先預(yù)算為44億美元的項(xiàng)目變?yōu)?2億美元(非官方統(tǒng)計(jì)達(dá)110億美元)，巨額預(yù)算成為制約SSC項(xiàng)目發(fā)展的枷鎖，引發(fā)了美國社會(huì)各界的熱議。從1983年至1993年，SSC項(xiàng)目開展過程中一直伴隨著各種爭(zhēng)議，國會(huì)聽證會(huì)多次出現(xiàn)關(guān)于是否繼續(xù)追加對(duì)SSC項(xiàng)目的科研經(jīng)費(fèi)投入的分歧，這些爭(zhēng)論主要來自科學(xué)界和政府官員兩個(gè)團(tuán)體，集中在科研經(jīng)費(fèi)分配、科研價(jià)值、項(xiàng)目的應(yīng)用前景以及管理制度上。

支持者主要包括高能物理界的科學(xué)家、SSC選址所在地德克薩斯州的議員以及能源部的官員等。他們認(rèn)為，首先，SSC由于其涉及領(lǐng)域的深度和廣度，需要各個(gè)領(lǐng)域?qū)I(yè)人員的協(xié)同合作，能夠?yàn)榻窈蠊芾怼按罂茖W(xué)”工程積累必要的經(jīng)驗(yàn)[5]；其次，SSC的科研價(jià)值巨大，遠(yuǎn)超以往科學(xué)實(shí)驗(yàn)的高能量級(jí)對(duì)撞，不僅是對(duì)高能物理學(xué)的突破，也將帶來其他相關(guān)科學(xué)的發(fā)展[6]；第三，SSC對(duì)確保美國的科技大國地位，保持對(duì)其他國家的戰(zhàn)略威懾力，具有重大意義[7]；第四，SSC提供了大量的就業(yè)機(jī)會(huì)，有效拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度，具備長(zhǎng)期的后續(xù)發(fā)展?jié)摿8]。

反對(duì)者則來自其他領(lǐng)域的物理學(xué)家和科學(xué)家，以及其他一些州的議員。他們提出的反對(duì)意見，一是SSC耗資甚大，將會(huì)影響美國政府對(duì)其他項(xiàng)目的資金投入；二是SSC的科研價(jià)值并不突出，也并不是尋找“上帝粒子”的唯一方法，其他科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)也可能在未來解決相關(guān)問題；三是SSC占用大量人力物力財(cái)力，導(dǎo)致其他領(lǐng)域人才的流失；四是就前景來看，SSC的產(chǎn)品溢出效應(yīng)不顯著，不適宜長(zhǎng)期大量的投入[6]。

1.3 多方博弈終致SSC下馬

1993年10月，歷時(shí)七年的SSC項(xiàng)目在國會(huì)的干預(yù)下下馬了。為什么一個(gè)既沒有遭遇技術(shù)阻礙和更新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)證偽的超級(jí)計(jì)劃就此下馬呢？溫伯格曾對(duì)此憤憤不平，認(rèn)為科學(xué)和社會(huì)的“契約似乎正在破裂”，“不僅一些國會(huì)議員失去了對(duì)純科學(xué)的信心，因?yàn)榻?jīng)費(fèi)的斗爭(zhēng)，應(yīng)用領(lǐng)域的一些科學(xué)家也轉(zhuǎn)過來反對(duì)我們這些尋求自然定律的人[9]”。大多數(shù)人都將SSC下馬的原因歸結(jié)于巨額的財(cái)政預(yù)算，實(shí)際上這一項(xiàng)目的下馬有著更加復(fù)雜的原因。

20世紀(jì)90年代初期，蘇聯(lián)解體東歐劇變，美國失去了競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，這些冷戰(zhàn)期間誕生的“大科學(xué)”工程也就失去了滋生其的國際政治環(huán)境；在SSC的選址問題上一直備受爭(zhēng)議，大多數(shù)人認(rèn)為選址德克薩斯州是為討好即將上任的布什總統(tǒng)[1]，而出于利益集團(tuán)的博弈，克林頓總統(tǒng)上臺(tái)后自然不會(huì)不遺余力地支持這一計(jì)劃；克林頓政府上臺(tái)以后實(shí)行緊縮的財(cái)政政策，基礎(chǔ)物理學(xué)研究被認(rèn)為是為了滿足科學(xué)家的好奇心，相比之下，應(yīng)用物理研究更能獲得國會(huì)的預(yù)算投資和民眾的支持；美國能源部將SSC項(xiàng)目交給大學(xué)研究聯(lián)合會(huì)管理，反對(duì)者認(rèn)為其管理不善，并對(duì)預(yù)算經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重評(píng)估錯(cuò)誤，而大學(xué)研究聯(lián)合會(huì)也并沒有就SSC項(xiàng)目對(duì)普通民眾做出說明，直接影響了SSC的公眾形象[10]；此外，SSC項(xiàng)目并不是一個(gè)國際項(xiàng)目，美國并未打算將此技術(shù)與其他國家共享，在經(jīng)費(fèi)捉襟見肘之際，仍然幻想只靠其他國家制造一些配件，以及吸引投資的方式來尋求國際援助，結(jié)果當(dāng)然顯而易見。再加上費(fèi)用超支、進(jìn)展滯后，SSC項(xiàng)目下馬終成定局。

2 LHC項(xiàng)目的爭(zhēng)議與啟動(dòng)

歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC(Large Hadron Collider)一開始就置于公眾的爭(zhēng)議之中。與SSC的目標(biāo)一致，LHC將利用近光速的高速粒子束相撞產(chǎn)生的巨大能量，重建“大爆炸”發(fā)生后的宇宙形態(tài)，解決諸如自然界是否存在未被發(fā)現(xiàn)的粒子、物質(zhì)的起源問題、暗物質(zhì)的秘密、是否存在另外的空間、宇宙是如何形成的等物理學(xué)問題。LHC隸屬目前世界上最大的物理實(shí)驗(yàn)室——?dú)W洲核子研究中心(CERN)，費(fèi)時(shí)30年、耗資60億美元，LHC被認(rèn)為是最有希望檢驗(yàn)“標(biāo)準(zhǔn)模型”的對(duì)撞機(jī)，如果成功，就將揭開宇宙的奧秘[11]。

2.1 LHC啟動(dòng)引發(fā)巨大爭(zhēng)議

盡管LHC有著重大的物理學(xué)意義，大批反對(duì)者卻擔(dān)心LHC撞擊時(shí)制造的黑洞可能會(huì)吞噬地球[12]，抗議LHC的上馬。高能物理學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)不止一次引發(fā)人類的此類擔(dān)憂，1999年布魯克海文的相對(duì)重離子對(duì)撞機(jī)就曾被公眾認(rèn)為將會(huì)導(dǎo)致“微型黑洞”產(chǎn)生，直至吞噬地球。物理學(xué)家弗朗克·韋爾切克否定了這種想法，但提出另一種可能性，即對(duì)撞機(jī)可能產(chǎn)生奇異夸克團(tuán)，使得世界上的其他物質(zhì)變成奇異夸克。盡管他聲明自己的假設(shè)并不可信，但在《泰晤士報(bào)》借此以“大爆炸機(jī)器將會(huì)毀滅地球”為題刊登頭條，公眾已經(jīng)陷入極大的恐慌之中。布魯克海文實(shí)驗(yàn)室被迫成立專門小組，進(jìn)行相關(guān)可能性的調(diào)查研究[11]。

由于此次LHC項(xiàng)目在全球范圍內(nèi)的廣泛參與度和關(guān)注度，對(duì)抗顯得更加激烈。LHC啟動(dòng)之際，兩位美國公民就此事向美國聯(lián)邦地方法院提起訴訟，要求在安全性得到證實(shí)之前暫緩啟動(dòng)對(duì)撞計(jì)劃[13]。謠言引發(fā)了公眾的恐慌，甚至有人因?yàn)槭澜缒┤諏⒅炼詺ⅰ？茖W(xué)家對(duì)此進(jìn)行解釋，對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生黑洞的機(jī)率很小，就算產(chǎn)生黑洞也將馬上衰亡，他們認(rèn)為加速器內(nèi)發(fā)生的粒子對(duì)撞不具有危險(xiǎn)性。整個(gè)CERN的科學(xué)家也因此被教導(dǎo)要統(tǒng)一口徑，對(duì)外宣稱對(duì)撞機(jī)毀滅地球的可能性等于零。

2.2 國際合作促成LHC在爭(zhēng)議中上馬

LHC被高能物理學(xué)家認(rèn)為是探索微觀世界的“哈勃望遠(yuǎn)鏡”，自項(xiàng)目啟動(dòng)之初就被寄予極大的希望。它創(chuàng)造了科學(xué)界的多項(xiàng)紀(jì)錄，是20世紀(jì)大科學(xué)工程的最重要代表之一。LHC的安全性問題一直備受關(guān)注，科學(xué)家通過各種途徑向公眾解釋，LHC即使產(chǎn)生黑洞也非常微小，并將通過霍金輻射的機(jī)制蒸發(fā)消失，不會(huì)造成任何危險(xiǎn)，奇異粒子說則更是無稽之談，宇宙射線幾十億年來一直在對(duì)地球進(jìn)行輻射，這些能量甚至高于LHC產(chǎn)生的能量，也沒有毀滅地球，帶來末日。因此，包括斯蒂芬·霍金在內(nèi)的科學(xué)家都力挺LHC，認(rèn)為它將對(duì)眾多領(lǐng)域產(chǎn)生積極影響，從而促使整個(gè)人類社會(huì)的進(jìn)步。

此外，與SSC有所不同的是，LHC是一個(gè)大型國際合作計(jì)劃，由34國超過2000位物理學(xué)家所屬的大學(xué)與實(shí)驗(yàn)室共同出資興建。LHC預(yù)期的建造總額約為80億美金，資金由各國湊足。為了節(jié)省成本，物理學(xué)家們沒有開鑿一條昂貴的新隧道來容納新的對(duì)撞機(jī)，而是拆掉了原來安置在歐洲原子核研究中心的正負(fù)電子加速器，代之以建造大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)所需要的5萬噸設(shè)備[14]。來自全世界80多個(gè)國家的約7000多名科學(xué)家和工程師一起參與了該項(xiàng)目，其中包括數(shù)百位中國科學(xué)家和工程師。穩(wěn)定的國際合作關(guān)系、充裕的資金來源，使得LHC最終上馬了。

2.3 “上帝粒子”回應(yīng)公眾質(zhì)疑

備受矚目的LHC在啟動(dòng)后不到一個(gè)月時(shí)間因?yàn)橐簯B(tài)氦發(fā)生嚴(yán)重泄漏而暫停進(jìn)度，直到一年以后才得以重啟。在一片質(zhì)疑聲中，因?yàn)長(zhǎng)HC而備受關(guān)注的“上帝粒子”在重啟后三年終于“姍姍來遲”。2012年7月4日，CERN宣布其 Atlas(超環(huán)面儀器)實(shí)驗(yàn)和CMS(緊湊繆子線圈)實(shí)驗(yàn)都觀測(cè)到新粒子，該粒子與科學(xué)界尋求已久的被稱為“上帝粒子”的希格斯玻色子一致，但是否是“上帝粒子”，科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性讓結(jié)果確認(rèn)至少需要1年甚至更長(zhǎng)時(shí)間[15]。這一發(fā)現(xiàn)不但幫助比利時(shí)理論物理學(xué)家弗朗索瓦·恩格勒和英國理論物理學(xué)家彼得·希格斯獲得了2013年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，還有力回?fù)袅藖碜陨鐣?huì)各界的質(zhì)疑，使得科學(xué)界和公眾再次將目光轉(zhuǎn)向物理學(xué)的基礎(chǔ)探索。為了獲得新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，LHC于2013年2月關(guān)閉升級(jí)，直至2015年再度重啟，進(jìn)行更高能量狀態(tài)的對(duì)撞，繼續(xù)探索“上帝粒子”以及“暗物質(zhì)”的存在。能夠確定的是，不管它能撞出什么，物理學(xué)的探尋之旅都不會(huì)終結(jié)，而會(huì)是另一個(gè)新的開始。

3 基礎(chǔ)物理“大科學(xué)”工程研究?jī)r(jià)值的爭(zhēng)議

除了在上馬過程中充斥著毀滅地球的“緋聞”，LHC似乎就是SSC的升級(jí)版，兩者都是為尋找“上帝粒子”，解密宇宙起源之謎，并且許諾有相當(dāng)明顯的溢出效應(yīng)，也都將確保主導(dǎo)國家處于高能物理的領(lǐng)先地位……從SSC到LHC，導(dǎo)致這兩個(gè)高能物理“大科學(xué)”工程產(chǎn)生不同命運(yùn)的根本原因，正是源自科學(xué)家和公眾對(duì)高能物理“大科學(xué)”工程研究?jī)r(jià)值的不同判斷。

3.1 科學(xué)價(jià)值與社會(huì)價(jià)值之爭(zhēng)

像LHC和SSC這種大型基礎(chǔ)物理工程注定備受爭(zhēng)議，這也在一定程度上體現(xiàn)了基礎(chǔ)物理“大科學(xué)”工程的尷尬所在。一方面，人類探尋宇宙奧秘的腳步不會(huì)停滯，國家也需要發(fā)展基礎(chǔ)物理科學(xué)研究來確保在國際上的科技領(lǐng)先地位；另一方面，大部分民眾不理解基礎(chǔ)物理研究意義所在，認(rèn)為這樣的“大科學(xué)”工程只是燒錢，為滿足科學(xué)家好奇心的玩具。科學(xué)價(jià)值與社會(huì)價(jià)值并不總是和諧共存，一些科學(xué)研究的社會(huì)價(jià)值不能立即實(shí)現(xiàn)，此時(shí)兩種價(jià)值取向極大地碰撞了。

當(dāng)年雄心勃勃的SSC預(yù)算經(jīng)費(fèi)曾遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過“阿波羅登月計(jì)劃”和“人類基因組計(jì)劃”，而今LHC拉長(zhǎng)國際戰(zhàn)線，同樣耗費(fèi)巨資，的確不愧燒錢一說。物理學(xué)家們?cè)谧鍪裁矗看蠖鄶?shù)民眾其實(shí)不甚了解，他們關(guān)注更多的是擺在眼前的生存問題。在面對(duì)巨額研究經(jīng)費(fèi)公布時(shí)，不少人會(huì)悲憫一問：多少孩子挨餓，燒錢“探索宇宙”，你怎么舍得？有個(gè)故事或許能夠很好地解答這一疑問。16世紀(jì)的德國，一位小鎮(zhèn)上的伯爵樂善好施，時(shí)常資助窮人，有一天他遇到一個(gè)總喜歡泡在家里磨玻璃片的怪人，他將怪人請(qǐng)回家讓他專心磨玻璃片。鎮(zhèn)上的人們很生氣，認(rèn)為人們?cè)谑芪烈咧啵魠s為一個(gè)怪人的愛好花錢。而這個(gè)古怪的愛好最終卻導(dǎo)致了顯微鏡的發(fā)明，隨后其在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用造福了往后的子孫萬代。無數(shù)科學(xué)發(fā)現(xiàn)和研究表明，科技的研發(fā)效益并不總是立竿見影的，基礎(chǔ)科學(xué)研究一開始往往沒有過于明確的應(yīng)用前景，但是發(fā)現(xiàn)真理后對(duì)其他科學(xué)的推動(dòng)作用卻是無可估量的。比如量子理論在剛提出之際也被認(rèn)為是無用的，但后來它在實(shí)踐中獲得的成就卻令人吃驚。科學(xué)家通過量子理論發(fā)明了晶體管、半導(dǎo)體，研制出芯片，廣泛地應(yīng)用于人類生活中[7]。然而，公眾依然是健忘的，他們對(duì)于“燒錢”的基礎(chǔ)物理“大科學(xué)”工程的實(shí)際效用持懷疑態(tài)度，盡管科學(xué)家解釋LHC的幾大關(guān)鍵技術(shù)，比如加速器、探測(cè)器和計(jì)算機(jī)技術(shù)都有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3.2 高能物理的研究?jī)r(jià)值之爭(zhēng)

高能物理是否仍具備研究?jī)r(jià)值？物理學(xué)界及公眾對(duì)此有兩種截然不同的觀點(diǎn)。一是以諾貝爾獎(jiǎng)得主溫伯格為代表的挺高能派，他在其著作《終極理論之夢(mèng)》以及多次接受采訪中都曾力挺高能物理，支持建造SSC，認(rèn)為高能物理研究雖然耗費(fèi)巨大但物有所值，美國結(jié)束超級(jí)超導(dǎo)對(duì)撞機(jī)計(jì)劃是一個(gè)極大的錯(cuò)誤。丁肇中領(lǐng)導(dǎo)的AMS計(jì)劃(阿爾法磁譜儀)集中了全世界一大批科學(xué)家，監(jiān)測(cè)位于太空中的精密粒子，試圖尋找暗物質(zhì)的蹤影。丁肇中曾言：“這將使我們能夠直至宇宙的邊緣尋找反物質(zhì)宇宙的存在”。而華裔數(shù)學(xué)家丘成桐于2015年出版《從長(zhǎng)城到大對(duì)撞機(jī)》一書，并致信領(lǐng)導(dǎo)人，游說中國進(jìn)行對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)。另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為高能物理已經(jīng)進(jìn)入衰落期，沒有必要耗費(fèi)如此巨大的人力物力進(jìn)行一個(gè)不確定前景的基礎(chǔ)物理學(xué)實(shí)驗(yàn)。師從溫伯格的哈佛大學(xué)博士王孟源甚至撰文《高能物理的絕唱》，質(zhì)疑高能物理學(xué)界執(zhí)著于進(jìn)行對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)之舉。他認(rèn)為“標(biāo)準(zhǔn)模型”的成功反而導(dǎo)致了高能物理學(xué)的衰落，因?yàn)槌藢?duì)它進(jìn)行修補(bǔ)，別無可做，沒有一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果能超出“標(biāo)準(zhǔn)模型”的計(jì)算范圍，同理，它所遇到的困難也因失去實(shí)驗(yàn)的引導(dǎo)而無法解決。而超弦理論在LHC升級(jí)后進(jìn)行13TeV能階實(shí)驗(yàn)過后，并沒有找到超對(duì)稱粒子，99.999%的超對(duì)稱理論的原始參數(shù)空間已被否定，王孟源因此稱2015年為“高能物理的絕唱”[16]。

3.3 科學(xué)路徑選擇之爭(zhēng)

在科學(xué)研究的優(yōu)先性上，一直以來就有大小科學(xué)之爭(zhēng)，究其根源，實(shí)際上是科學(xué)路徑選擇的爭(zhēng)議。大科學(xué)規(guī)模大、花費(fèi)大，涉及多個(gè)學(xué)科，需要眾多科學(xué)家的協(xié)同合作，以及大型高能精密的儀器做支撐，管理結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜；小科學(xué)規(guī)模小、花費(fèi)較少，一般集中在單一學(xué)科，往往由科學(xué)家個(gè)人或團(tuán)隊(duì)進(jìn)行，對(duì)儀器要求不高，管理比較單一。從科學(xué)史看，以往的科學(xué)研究以小科學(xué)的組織形式為主，重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)往往來源于小科學(xué)，如X射線、計(jì)算機(jī)晶體管的發(fā)明，等等。隨著交通及通信技術(shù)的發(fā)展，大科學(xué)項(xiàng)目逐漸出現(xiàn)在不同領(lǐng)域的科學(xué)研究中，涉及各類學(xué)科。不同的科學(xué)路徑選擇，實(shí)際上與不同的時(shí)代背景和國家實(shí)力有極大關(guān)聯(lián)，SSC的下馬與冷戰(zhàn)的結(jié)束、經(jīng)濟(jì)危機(jī)的爆發(fā)、財(cái)政經(jīng)費(fèi)的縮減有著直接關(guān)系；LHC的上馬與歐洲經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇、國際合作日益緊密不無相關(guān)。支持小科學(xué)研究方式的人認(rèn)為，科學(xué)的發(fā)展不可預(yù)測(cè)，不少科學(xué)發(fā)現(xiàn)都是通過不同途徑實(shí)現(xiàn)的，小科學(xué)的創(chuàng)新性、靈活性以及競(jìng)爭(zhēng)性才是科學(xué)發(fā)現(xiàn)最重要的條件[17]。支持大科學(xué)研究方式的人則認(rèn)為，交叉學(xué)科研究已成為目前科學(xué)研究創(chuàng)新發(fā)展的進(jìn)路，各種學(xué)科的融合、碰撞才能帶來科學(xué)研究的新鮮血液，大科學(xué)研究的資源利用率高，能夠極大程度避免小科學(xué)重復(fù)研究造成的資源浪費(fèi)。此外，科學(xué)界也存在“知溝”，越有名的科學(xué)家越容易接觸前沿理論和技術(shù)，也更容易獲得資源；科技強(qiáng)國占據(jù)更多的科學(xué)資源，更容易取得科學(xué)突破，這種優(yōu)勢(shì)隨著“馬太效應(yīng)”，將愈發(fā)顯著，而這些國家和科學(xué)家則更傾向于進(jìn)行大科學(xué)研究。

4 基礎(chǔ)物理“大科學(xué)”工程的出路

“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星的成功升天，不僅迎來了量子力學(xué)的再度輝煌，量子衛(wèi)星將“薛定諤的貓”、量子糾纏、量子疊加態(tài)等物理概念引入公眾視野，公眾的科學(xué)參與度大大提升。量子通信的安全性基于量子物理基本原理，或可驗(yàn)證量子力學(xué)，這一基礎(chǔ)物理“大科學(xué)”工程的成功實(shí)現(xiàn)，為基礎(chǔ)物理學(xué)研究注入了一劑強(qiáng)心劑，而與量子物理有著千絲萬縷聯(lián)系的高能物理能否回春？面對(duì)基礎(chǔ)物理“大科學(xué)”工程的尷尬現(xiàn)狀，再看造成SSC和LHC兩者截然不同結(jié)局的原因，或許能對(duì)基礎(chǔ)物理研究的發(fā)展道路有所啟示。

4.1 建立完善的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系

SSC和LHC都經(jīng)過了重重評(píng)估，包括經(jīng)費(fèi)預(yù)算審核和技術(shù)可行性評(píng)估等，一旦通過審核，很容易得到早期經(jīng)費(fèi)支持。然而，此類基礎(chǔ)大科學(xué)工程項(xiàng)目需要長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)費(fèi)投入，往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出最初的經(jīng)費(fèi)預(yù)算。國家由于經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的變化隨之調(diào)整對(duì)科學(xué)研究的投資比例，又左右了工程的進(jìn)度。基礎(chǔ)物理“大科學(xué)”工程目的在于探索最前沿的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，其科學(xué)意義特別重大，但短期的實(shí)際效用和溢出效應(yīng)并不明顯，屬于高風(fēng)險(xiǎn)性投資，因此，必須建立完善的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。這一體系應(yīng)對(duì)較長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)進(jìn)行預(yù)判，對(duì)項(xiàng)目上馬后可能遇到的各種風(fēng)險(xiǎn)也要有所預(yù)估，在出現(xiàn)可能的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)必須啟動(dòng)預(yù)警機(jī)制，降低非科技因素對(duì)項(xiàng)目的影響。

4.2 注重科學(xué)傳播的影響力

相對(duì)SSC來說，LHC無疑活在一個(gè)好時(shí)代。人們享受著各種高科技的惠澤，對(duì)高深的科學(xué)知識(shí)不再一無所知。LHC引發(fā)的爭(zhēng)議更多是對(duì)于“末日”的恐慌，而非財(cái)政的質(zhì)疑。當(dāng)然，“上帝粒子”這一名號(hào)一定替LHC贏得了一些關(guān)注票。SSC則是一個(gè)悲劇，兩位諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主斯蒂芬·溫伯格和利昂·萊德曼不得不一次次地在聽證會(huì)上向那些對(duì)物理學(xué)毫無概念的議員解釋，為什么發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子對(duì)人類的知識(shí)體系如此重要，以至值得花上110億美元去探尋。于是，溫伯格于1992年出版了《終極理論之夢(mèng)》，萊德曼則在一年后出版了《上帝粒子：假如宇宙是答案，究竟什么才是問題？》，這兩本科普著作在SSC下馬后風(fēng)靡全球，造就了后來的LHC。

公眾對(duì)科學(xué)研究項(xiàng)目是否具有發(fā)言權(quán)？引用江曉原教授的一句話：“當(dāng)社會(huì)進(jìn)步到一定程度，當(dāng)公眾文明素質(zhì)發(fā)展到一定階段，科學(xué)從公眾頂禮膜拜的對(duì)象變?yōu)楣姀募{稅人的角度關(guān)注的對(duì)象，是不可避免的，其積極意義也是毋庸置疑的[18]。”而今的基礎(chǔ)物理“大科學(xué)”工程已經(jīng)是多方參與的項(xiàng)目，而公眾則是這些科學(xué)家的直接供養(yǎng)者。科學(xué)立項(xiàng)的撥款是否該由普通民眾“指手畫腳”，這是見仁見智的問題。然而，面對(duì)一項(xiàng)需要由大量納稅人提供的資金投資的項(xiàng)目，至少應(yīng)該隨時(shí)向納稅人普及一下這項(xiàng)研究的重大意義及最新進(jìn)展。面對(duì)“外行人”的質(zhì)疑或爭(zhēng)論，科學(xué)家有義務(wù)向普通民眾普及相關(guān)知識(shí)。公眾科普應(yīng)該成為一種義務(wù)，更是一種責(zé)任。“如果廣泛的疑慮一時(shí)消除不了，則如超導(dǎo)超級(jí)對(duì)撞機(jī)之被迫下馬，也未嘗不是社會(huì)進(jìn)步的標(biāo)志[13]。”江曉原如是說。科學(xué)提供了一個(gè)公共話語體系，如何利用這種話語體系使不同學(xué)科背景之間的人更好地理解，更好地對(duì)話，將科學(xué)形象傳輸給公眾，這是未來科學(xué)傳播中公眾科普的重點(diǎn)。

4.3 加強(qiáng)國際間的交流與合作

由于這類大科學(xué)工程耗資巨大，單獨(dú)一個(gè)國家往往無法負(fù)擔(dān)其資金和技術(shù)要求，因此需要采取多國合作的形式。SSC項(xiàng)目在建設(shè)過程中缺乏國際援助，這也是該項(xiàng)目之所以下馬的重要原因之一。1987年SSC初始預(yù)算經(jīng)費(fèi)僅為44億美元之時(shí)，美國政府并不愿意別的國家參與項(xiàng)目分享技術(shù)，隨著經(jīng)費(fèi)的增長(zhǎng)，美國意識(shí)到單獨(dú)一個(gè)國家無法負(fù)擔(dān)如此巨大的項(xiàng)目而四處尋求國際援助，此時(shí)美國政府仍只愿意讓他國生產(chǎn)技術(shù)含量較低的一些配件[19]，因此來自國際的援助相當(dāng)有限，最終只有印度以派遣物理學(xué)家以研究對(duì)撞機(jī)的方式和捐贈(zèng)一些部件的“實(shí)物形式”投資0.5億美元[20]。與SSC遭受的冷遇不同，LHC以其更經(jīng)濟(jì)和更開放的姿態(tài)受到了更多國家的支持。LHC項(xiàng)目由34個(gè)國家的科研機(jī)構(gòu)共同建造和維護(hù)，其中包括歐洲20個(gè)CERN成員國，美國、日本、俄羅斯等6個(gè)觀察國，以及加拿大、中國等參與國，LHC的順利進(jìn)行，是科學(xué)家智力投入和資金投入的國際化合作的結(jié)果。LHC鼓勵(lì)國際資金注入和技術(shù)參與，每個(gè)國家的實(shí)驗(yàn)室能夠獲得什么樣級(jí)別的分享數(shù)據(jù)待遇，主要看其投入建設(shè)LHC項(xiàng)目的資金比重[21]。從SSC到LHC，不同的結(jié)局在提醒著科學(xué)政策決策者，只有多方參與的國際合作才是基礎(chǔ)物理“大科學(xué)”工程的康莊大道。

[1]高原,王大明.美國超導(dǎo)超級(jí)對(duì)撞機(jī)案例研究[J].工程研究,2011，3(42).

[2]黃濤.超級(jí)超導(dǎo)對(duì)撞機(jī)(SSC)物理[J].現(xiàn)代物理知識(shí)，1993，5(15).

[3]邁克爾·馬爾凱.科學(xué)與知識(shí)社會(huì)學(xué)[M].林聚任，等譯.北京:東方出版社,2001.

[4]張九慶.從超導(dǎo)超級(jí)對(duì)撞機(jī)(SSC)看大科學(xué)工程研究的實(shí)施[EB/OL].科學(xué)網(wǎng),http://blog.sciencenet.cn/blog-542-311210.html,2010-04-12.

[5]Air Products and Chemicals，INC.，Armco INC，Asea Brown Boveri，et al.Testimony before the Committee on Energy and National Resources Subcommittee on Energy Research and Development United States Senate on the FY’89 Request for the Superconducting Super Collider[A].United States，Congress，Senate，Committee on Energy and Natural Resources，Subcommittee on Energy Research and Development.1988-04-12.

[6]Superconducting super collider：joint hearing before the committee on energy and natural resources and the subcommittee on energy and water development of the committee on appropriations，United States Senate，one hundred third congress,first session,on the department of energy’s superconducting super collider project[M].Washington：U.S.G.P.O.,1993:57,60.

[7]Basic science budget and SSC：hearing before the subcommittee on energy research and development of the committee on energy and natural resources,United States Senate,one hundredth congress,second session on the department of energy’s fiscal year 1989 request for the superconducting super collider and the basic science budget,April 12,1988[M].Washington：U.S.G.P.O.,1988:240-241.

[8]董麗麗.科研立項(xiàng)中的利益沖突[D].內(nèi)蒙古師范大學(xué)，2007：25-30.

[9]溫伯格.終極理論之夢(mèng)[M].長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社,2003:225.

[10]盧廣彥.重大工程決策失誤與重大工程決策機(jī)制構(gòu)建[J].中國科技論壇，2009(4).

[11]KOLBERT E.Crash course——Can a seventeen-mile-long collider unlock the universe?[N].The New Yorker,2007-05-14.

[12]大型對(duì)撞機(jī)啟動(dòng)在即遭起訴 稱會(huì)終結(jié)世界[N].搜狐科學(xué)，2008-09-01.

[13]陳蓉霞.公眾是否有權(quán)對(duì)強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)說“不”[N].東方早報(bào)，2008-09-11.

[14]大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)[EB/OL].百度百科,http://baike.baidu.com/view/362760.html,2016-11-01.

[15]周蕾.上帝粒子:一只看不見的足球[J].悅讀周刊，2012-07-12.

[16]Subaru211.高能物理的絕唱[EB/OL].水木社區(qū),http://newsmth.net/nForum/#!article/TheoPhys/35749,2016-08-10.

[17]申丹娜.大科學(xué)與小科學(xué)的爭(zhēng)論評(píng)述[J].科學(xué)技術(shù)與辯證法，2009:104.

[18]江曉原.對(duì)撞機(jī)：物理學(xué)家的一個(gè)大玩具？[N].中華讀書報(bào)，2008-10-15.

[19]戴建平,古荒.夢(mèng)想與幻滅——超導(dǎo)超級(jí)對(duì)撞機(jī)的曲折命運(yùn)[J].科技與經(jīng)濟(jì)，2005，1(64).

[20]高原.美國超導(dǎo)超級(jí)對(duì)撞機(jī)工程淺探[J].第三屆全國科技哲學(xué)暨交叉學(xué)科研究生論壇文集,2010(439).

[21]張健.世界最大對(duì)撞機(jī)LHC啟動(dòng)在即,霍金對(duì)其充滿期待[N].南方報(bào)業(yè)網(wǎng),2008-09-04.

(責(zé)任編輯 沈蓉)

Collider：PhysicalProgressorCriticism? ——TheDisputeof“BigScience”ProjectsinBasicPhysicsfromtheSSCandLHCProjects

Liu Yiming,Lai Yanru

(1.School of Humanity and Sciences，National Univercity of Defense Technology,Changsha 410073,China； 2.Political College of National Defence University,Nanjing 210000,China)

B26

A

2016-09-22

劉一鳴(1991-)，男，黑龍江人，國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)人文與社會(huì)科學(xué)學(xué)院博士研究生；研究方向：軍事技術(shù)哲學(xué)。