大型对撞机动议应诉诸科学的态度-k8凯发百家乐

►本文在《科技日报》21日、28日的连载版面

撰文 | 段伟文（中国社会科学院哲学研究所研究员）

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诉诸科学的态度，先应认真把握当前国际粒子物理领域有关大型对撞机的基本现状和发展态势。

首先，这一波对撞机热由欧洲核子中心（cern）主导，为维持其国际主导地位cern推出了一系列新的发展规划。其中与大型对撞机有关的路线图包括升级大型强子对撞机（lhc）、修建可与lhc互补的国际直线正负电子对撞机（ilc）、设计能量更高的未来环形对撞机（fcc）。聚焦于中微子研究的美国也于2013年提出了巨大强子对撞机（vlhc）计划。

其次，以欧美和日本为主体的国际粒子物理界下一代对撞机的建造策略日益表现为审慎推进与全球性国际合作。其原因有二。一是理论上的困境。标准理论所预言的粒子相继被发现，但超对称理论一直没有得到实验的支持，使得大型对撞机的建造难免遭遇质疑。二是对撞机所需经费日益昂贵。一般认为，预算超过10亿美元的项目宜采取“多国共建，分摊经费”的办法。近二十多年来，迫于经费与人才的压力，欧美等国家开始将日本和中国等纳入其“国际合作”的范围，甚至出现了主场转移到欧美之外的端倪，呈现出全球性国际合作的态势，但这种态势下的合作会如何展开尚不明晰。

以ilc为例。它较为集中地体现了这两种建造策略。2012年，日本提出主持此国际合作项目并于次年完成选址，计划2020年开建，2030年前后开始实验。但日本科教部门的评审委员会并未简单地接受该计划，而是要看2018年lhc达到最大设计能量时能否获得有意义的发现再做决定；并强调在正式批准日本科学家接棒之前，需要经谈判获得其他国家在经费上的承诺。在这一漫长过程的背后，有着复杂多样的考量与计算，值得参与大规模国际合作的新手认真揣摩。

其三，下一代对撞机建造与运行将涉及更多国家和机构，对参与者的竞合策略提出了更高要求。在很大程度上，超导超级对撞机（ssc）也是竞合的结果。包括温伯格在内的很多人将ssc的下马解读为由美国的错误决策或政治运作所导致的科学挫败乃至国家失败。但实质上这一波折是人类首次面对如此浩繁的大科学工程时所必然面对的磨合：由于众多科学家、工程师、承包商、产业、政府、研究机构以及不同学科共同体尚不熟悉用以消弭文化冲突和利益纠纷的合争策略，ssc对整个科学包括相关领域的资源挤压等基于现实利益的关系失衡，使这次“纵深远投”未能击中目标。在不可能一个人抱着球跑的新游戏中，这或许是一个必不可少的学习过程。

而下一代对撞机一旦开建，所有希望主持新的大型对撞机的各方必然在竞合策略方面面临更严峻挑战。它涉及经费负担、资源共享、优先权分配、行政权力、学术权威等各种因素，其中不乏复杂的规则和文化层面的冲突，无疑需要极高的沟通技巧与组织谋略才能应对。如果没有优化的竞合策略，建设国科学家的专业话语权的大小未必会得到明显提升，而且他们的参与比例和成果份额也很可能与出资份额不匹配。

诉诸科学态度，可以帮助我们在了解上述现实的基础上直面大型对撞机动议中值得存疑的问题，帮助其改进与完善，让其建造过程或许没那么快，却可能更好。

首先，来看其建设规模。高能所k8凯发百家乐官网2014年发布的建设方案显示，环形正负电子对撞机（cepc）与超级质子对撞机（sppc）是50—70公里，但坊间流传的数据慢慢加大为50—100公里，按王贻芳研究员最新的说法是“以周长为100公里算”。对这种变化合理的解释可能是，不论是发自参与国际竞争的志向，还是出于赶超一流的思想或宣传游说的需要，其建设目标定格为要造世界上最大的环形对撞机，故其目标必然会锁定至fcc和vlhc最后一致确立的高度100公里。透过诸多冠之以“超级”和“巨型”的修辞，一种顽固的求大、求最、求快的心理昭然若揭，其华丽与壮美十分诱人，却难说不是没有解药的七步散。

据此分析，如果要在方案之间进行比较，可不可以说cepc应与fcc的正负电子对撞机比、sppc应与fcc的强子对撞机或vlhc比？或者说，在拿sppc与lhc比较时，是否也应将fcc/vlhc与lhc放到一起比？而且为了避免模糊化和田忌赛马式的比较法，不能简单地说互有优缺点，而至少应将参数拿出来比。这样大家就可以知道：fcc有三个备选方案，其中的正负电子对撞与强子对撞在经验、设计和技术准备上都有相当的积累，有很多全新的技术目标和相关的技术开发项目，计划到2018年完成概念设计并接受造价审议。找对了比较对象，才能认清“相对容易”的cepc和寄望其“引领未来”sppc的真实位置。

必须指出的是，方案不是现实，就像沙盘并非战场；而方案越美好，有时更反衬出现实的骨感。细读sppc方案的导语，虽然承认该项目“需要制造大量的超高场强超导磁铁，技术难度较大”，但仅仅闪烁其词地说明“由于我国参加了iter项目，超导导线方面还不是完全空白，高能所也有大型螺线管超导磁铁的基础”。这显然不够。而所谓“相信通过20年左右的努力和国际合作的帮助，应该可以掌握”更不知道有多大说服力。至于说sppc可以带动“高温超导”，对撞机可以像“招弟姐”一般引出“高温超导”，似乎不太符合科学发现的规律，亦难免让方案本身的科学性打折扣。

其次，看看估价。根据王贻芳研究员9月5日回应杨振宁的文章，100公里的cepc和sppc的造价分别达400亿元和1000亿元，中国分别需要出资300亿和700亿。但据报道，王贻芳研究员今年6月2日在中科院学部报告会上表示，cepc50公里造价约255亿元，100公里造价约360亿元。且不说此前还有其他估价，在如此短暂的时间内100公里cepc的造价一下子涨了40亿元，这要么说明其预算方法不够严密，要么说明现在要做出准确预算其实很困难。当然，细心的读者也会发现，2014年王贻芳研究员发表在《现代物理知识》上的一篇文章中还是比较严谨地指出，造价尚在评估之中。姑且接受这些最新的数据，反观cepc和sppc的竞争者fcc及ilc，不难发现两个问题。其一是项目规划和预算的严肃性。既然规划有所变化且通过国内外媒体呈现出来了，就应该实时更新其官方版本，同时还应该考虑其造价接受同行和第三方的严格审议。其二需要对国际经费支持以及国际合作的方式有所交代。对比cern中主要资助国德、法、英等分担的比例大约为20%、15%和13%的情况，是否应对中国70%和国际30%的投入的依据与可行性作出说明？对由此带来的国际合作的性质以及过高的风险承担是否也应有所交代？此外，在cepc和sppc的经费论证中，以年度投入占gdp的比例来自证，这种过于简单的算术实在不够严谨，更远远未体现出专攻高精尖演算的粒子物理学的特长。显然，在这种为了争取多切些蛋糕的比较中，如果不能证明自身的权重，就先应该与其他学科进行比对，否则又会出现田忌赛马的套路，而迫使决策者求助于“重整化”来解套。

不得不说的是，以中国高能物理现有的科研实力，要从bepc的240米一跃而跳到100公里，当以戒慎恐惧、临渊履冰的态度，通过认真的国际合作才可能健康发展。值得深思的是，在大型对撞机上投入比例过高，非但不能给国家带来相应的荣誉和科技地位的回报，反而会因为达不到应有的目标使国家形象受损。而且，过高的投入比例很容易让国际同行和公众形成的一个印象是，中国貌似会一个人抱着球跑，搞不好还会套牢政府，独自抱着球跑完cepc和sppc上、下两个半场！

这种情况是应该警惕的。德国慕尼黑大学的otmar biebel教授不无敏锐地指出，如果中国准备将大型粒子对撞机变成一个纯粹的“国家项目”，他会持反对意见。再反观日本政府将争取国际经费的谈判与他国投入的承诺作为立项的先决条件的做法，绝不应粗鄙地斥之为没实力、观望或矫情。动议者与相关部门应该认真思考和分析这些外部的建议和做法的合理性，不仅要考虑适当提高国际经费的比例，还应该上升到体制机制层面，系统深入地探讨既符合国际惯例又合乎本土情况国际经费分担框架及治理模式，以此保障和激励科学目标与国家目标、中国科学与全球科学通过共担共创实现共享共赢。

话又说回来，不论是国际合作还是竞争，都没那么简单！不无吊诡的是，今年8月《自然杂志》一篇评论文章将中国会不会建造下一代对撞机与lhc重启后是否找到有意义的发现并列为高能物理的不确定性因素。其基调是：从营造有利于经费游说的国际大环境来看，中国提出对撞机计划应该受到欢迎；同时，中国的高能物理共同体较小，中国的对撞机应该通过国际合作的方式建造；但是中国的方案会挤压日本的ilc等的国际经费和研究资源，甚至会产生负面影响。东方的智慧告诉我们，褒贬是买主，喝彩是闲人。那些仰望星空的理论物理大牛为何喝彩？那是因为他们在实验中没有特殊的利益，只要是实验上的投入他们都会欢迎。而那些竞争者和利益相关者的褒贬，则应认真琢磨其真实意图与其话外之音。而由此进行的冷静思考恰是中国真正转身成为全球性国际科学竞合游戏的主导者的起点，将使我们对国际科学共同体在对撞机建设上的“合争”态势的复杂性有更理性和深刻的认识。此外，或许还存在一个无法回避的问题：cepc与sppc在与同类项目的竞争中相继胜出而成为唯一的国际合作项目的可能性究竟有多大？

最后，说说技术路线。按照王贻芳研究员的回应，大概的技术路线分为二步：第一步，2022—2030年建造cepc，对撞能量0.24—0.35tev，建成时是世界上最大的环形正负电子对撞机；如果“cepc有新物理迹象，且高场磁铁所需新型超导材料技术成熟”，就关闭cepc，进入第二步，2040—2050年建成sppc，对撞能量100 tev。高能所一位专家年初撰文指出两步走有四大好处：保证有大科学产出、相对容易、相对便宜和为第二步赢得技术准备的时间。但问题是，cepc的对撞能量只有0.24—0.35tev，而2000年关闭的lep的能量已达0.21tev。反观其竞争者ilc的能量至少可达0.5tev。而ilc的设计者指出，环形对撞机因正负电子存在能量损失而令其造价于对撞能量的平方成正比，而直线对撞机的造价与对撞能量成正比，使其达到万亿能标所需的费用比环形对撞机便宜得多。故一旦lhc及其改进版上呈现出有意义的现象，ilc不仅有能量优势，而且更容易以较低的成本改造升级。

从未来实际发展来看，cepc的“相对容易”与“相对便宜”能否成为其竞争优势是有条件的。如果到2018年lhc没有新发现，下一代正负电子对撞机的基本任务是精确测量希格斯粒子的性质，不需要那么大的能量，ilc很可能搁浅，而cepc被国际粒子物理界接受的可能性加大，但此时包括sppc在内的下一代质子对撞机的建造需求大打折扣。如果2018年lhc有新发现，ilc虽然较难较贵，国际粒子物理界选择建ilc可能性更大，后续可能会继续乃至根据需要加快建fcc，此时cepc的竞争优势不大。故可能的路线图是：第一种情况cepc可能启动并可能获国际支持，但sppc有无必要开启是未知数；第二种情况即便ilc启动依然建cepc，国际支持会不足，后续sppc也会因此难度加大。

再看“大科学产出”。如果类似去年“双光子粒子”的“消失”使超过500篇论文被“消除”的情况一再发生，“大科学产出”的品质何以保证？而这进一步提醒我们，所谓“cepc有新物理迹象”的前提是lhc及其改进版上可以观察到有价值的现象，而实际上“新物理迹象”是指lhc上的新发现，而cepc与ilc是对其进行精细测量的第二道工序。如果能正视这一不确定性因素的关键作用，就不难理解ilc甚至fcc为何磨磨唧唧又不约而同地等到2018年进行审议或完成概念设计。如果前面路向不明，第一步都未必应该跨出去，何谈为第二步赢得技术准备？好比还没相识，怎么可能跨过相知相爱就直接结婚？

科学在于细节，人必须学会直面细节中的魔鬼！面对大家已有共识的不确定性，似乎不宜仅从科学发展需要建更高能量的对撞机这一笼统的原则出发，一味强调“需要造、应该造、马上造”。换言之，如果2018年lhc确实找不到有意义的发现，我们应该像日本那样不见兔子不撒鹰还是精卫填海般勇往直前？反过来，2018年如果产生了有价值的发现，lhc或vlhc等就不会及时调整战略，直扑超对称物理的“寒武纪大爆发”吗？面对对撞机设计蓝图所描绘出的引领未来的美好图景，不宜轻易地接受乃至陶醉于一厢情愿的 “在国际竞争中抢得先手”的胜算；而应清醒地意识到，正因为这些高深、复杂和宏大的动议是以科学的名义，更要秉持前辈科学家茅以升等倡导的“严格、严谨、严肃”的科学态度，对其加以深入细致的检视。唯其如此，方可使耗资不菲的科学动议在可以有的质疑声中修正、纠错、提升，让科学的光芒照亮自己。

本文原载《科技日报》10月21日、28日“科技话题”版，《知识分子》获授权刊载。