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长城和超级对撞机

  人類歷史中留下的許多文明遺蹟,讓後世人領略不同時代的人類經驗與製作能力。中國文明在人類歷史中最具代表性的遺蹟,可說是長城,現有的明代長城蜿蜒綿延逾八千公里,有如中華文化的一個具體巨龍形象。前不久長城居然與一個科學計畫相提並論,引起討論。
  事情的起梗是中國是否要建造一個超級大加速器的計畫。二十世紀物理科學的一個異數,就是高能加速器的競賽,上世紀二戰之後,科學先進國多執著於建造大的加速器,在一般用語中,這些加速器有一個「原子撞碎機」的稱號,也稱為「對撞機」。這一代一代的加速器,確實也主導了幾十年的物理科學發展,形成一個十分龐大的高能粒物理領域,也造就出許多得到諾貝爾獎的物理學家。
  這個領域最近的一次高潮,是在二O一二年七月,瑞士日內瓦近郊的CERN(歐洲粒子物理研究中心)舉行的發表會,宣告在那裡的大強子加速器(LHC) 的探測器,已經「找到」理論預測很久的「希格斯粒子」,物理學家用這個粒子的作用,來解釋了物質的質量,也就是說爲何一些粒子質量輕,一些粒子質量重,在基督宗教中物質是上帝所造,因此這個粒子也有一個「上帝粒子」的渾號。當年提出此粒子預測理論的兩個物理學家,在第二年得到了諾貝爾獎。
  二O一三年諾貝爾獎公佈頒給那兩位物理學家後,我在本欄寫了一文<上帝粒子 迴光返照?>,對於上世紀粒子物理理論的發展,理論與物理現象的交互作用,以及加速器所探測到物理證據的意義,作了討論,文章最後說到,「誨莫難喻的粒子物理,雖說拜一個雅俗共賞「上帝粒子」的名號,又得到諾貝爾獎的加持,似乎是見到了短暫的高潮,但如果深究內裡,恐怕這些喧囂榮景,都只會是一個迴光返照的落日餘暉。」
  當然,半個多世紀蓬勃發展的粒子物理,也曾經起伏跌宕,幾經波折,其中最著名的事件,乃是二十多年前美國籌建超級超導對撞機 (SSC) 的挫敗。那個科學上雄心勃勃的大加速器計畫,因耗費巨資,面對九O年代初美國經濟困頓的現實,最後落得一個將已開始構築逾十英里的加速器隧道棄置,計畫半途腰斬的下場,當年台灣因為受到遊說差點加入那個計畫,還引致出一些風波。
  SSC計畫挫敗之後,據說有數千研究者轉行他去,但存留的依舊是一個龐然巨物,其中困難重重,三、四年前所謂「上帝粒子」的「找到」以及獲得諾貝爾獎,雖說猶如一劑強心針,但是面對解釋粒子基本性質理論的困局,以及建造更大加速器所需的龐大經費,此一領域依然前途多艱。
  目前粒子物理的解釋理論「標準模型」,其中還多有不完備之處,目前提出的下一步理論叫做「超弦理論」,去年底在CERN 的LHC加速器,以接近其設計最高13兆電子伏特能量的探測結果,幾乎肯定並沒有「發現」到「超弦理論」所提出的超對稱粒子,也就是說以目前能量最高的加速器,不可能看到新的實驗「證據」。
  這個領域中人,多年也一直在提出建造下一代加速器的計畫,譬如野心最大的所謂「國際直線對撞機」(ILC),但是其中最大問題依舊是經費何在。以目前的估算,計畫的超過三十公里長直線加速器,建造費用至少要七十億美元,以目前世界經濟條件來看,無論是歐洲、美國或是日本,要支持如此巨大的科學計畫,都會是極困難的挑戰。
  談到經濟條件,目前世界上最好的當然是中國,中國對於粒子物理一向有高度興趣,上世紀在北京高能物理研究所就建造了北京粒子加速器,雖說能量不是世界最高,但是以其投入的資源衡量,也可說是頗有成績的。因此中國物理學家也一直積極推動中國建造下一代的大加速器,以便能在世界科學界扮演一個領頭羊。
  對於中國的建造高能粒子加速器,大物理學家楊振寧一直持保留態度,七十年代末,那時是大陸領導座上貴賓的楊振寧,幾乎是獨持異議,不贊成大陸在當時去投入巨資,建造大加速器,原因一方面是當時中國經濟才剛起飛,民生發展百廢待舉,建造一個大加速器,完全是華而不實的舉措。
  楊振寧反對建大加速器的更重要道理,是他自己是那個領域中頂尖的前驅科學家,深知這個領域的理論,有許多瑕疵,就算做出一些現象論的結果,卻不能解決根本問題。事實上,他一九八O年在美國維吉尼亞理工學院的一個高能物理會議上,應請對粒子物理的發展作一評論,就說了一個有名的論斷,那就是「盛宴已然結束」,這個透徹視野的看法,事實上預示了粒子物理後來的發展局面,也成為楊振寧對於這個領域發展局限性的一種基本信念。
  八十年代楊振寧的反對大陸造大加速器,曾經有過一個「楊振寧舌戰群儒」的場面,雖說他沒有完全成功,但是後來北京高能物理所建造較小規模以及多用途的加速器,可以說是以較合理的投資,取得了一定的科學成就與技術經驗,楊振寧還是功不唐捐的。
  近些年中國大陸的一些科學家熱衷於建大加速器的計畫,甚至兩位美國的名物理學家,也聯名在《華爾街日報》寫文章,鼓吹中國建造大對撞機。前不久著名的數學家丘成桐還與一位出名的科學作家合寫一本書《長城和大對撞機》,提議在山海關附近蓋大加速器,以與中國的歷史古蹟長城相輝映。
  以資金與技術來看,中國蓋一個下一代的加速器,應不是問題,不過楊振寧對於科學本質認識的深刻視野,以及科學在中國文化再啟蒙中地位的反思,都應該導向一個謹慎其事的看法,最近聽說中國大陸政府傾向於不造這樣一個大加速器,似乎沒有重蹈以追求一種虛華表象,肇致大局衰敗的覆轍,使人欣慰。 
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