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      教育培訓(xùn) > 什么是對撞機(jī),楊振寧為什么反對建造它?

      什么是對撞機(jī),楊振寧為什么反對建造它?

      2020-07-30 00:31閱讀(99)

      什么是對撞機(jī),楊振寧為什么反對建造它?:這是一個(gè)很好的問題,我是堅(jiān)定的楊振寧先生支持者,我反對現(xiàn)階段中國建造大型粒子對撞機(jī)。一個(gè)不太恰當(dāng)?shù)睦邮裁词菍?

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      這是一個(gè)很好的問題,我是堅(jiān)定的楊振寧先生支持者,我反對現(xiàn)階段中國建造大型粒子對撞機(jī)。

      一個(gè)不太恰當(dāng)?shù)睦?/h1>

      什么是對撞機(jī),這個(gè)問題不是一兩句話說得清,我舉個(gè)不太恰當(dāng)?shù)睦诱f明一下吧:

      如果有一天,大伙撿到外星高等文明不慎遺落的UFO,得趕緊研究以便山寨造福人類,那怎么研究呢?按照套路,常規(guī)做法是,拆散了,然后,看。

      科學(xué)家卻說,咱們沒法子拆,因?yàn)椴鸩婚_;咱們也沒法子看,因?yàn)檠劬Σ缓檬。我們只能把整只UFO加速,讓它們對撞!如果飛出個(gè)方向盤,我們就知道UFO里有方向盤;如果飛出一套沙發(fā),就判定UFO里有沙發(fā)。如果飛不出東西了,那就再加速!反正撞出越多的東西來,咱們對這外星機(jī)密的理解就越深刻!

      目前最前沿的高能物理,大體上就是這個(gè)道理。

      楊振寧先生給出了“物質(zhì)到底是什么”的終極答案,而要驗(yàn)證這份答案是否正確,我們目前使用最多也是唯一的工具,就是大型粒子對撞機(jī)!

      可以說,大型粒子對撞機(jī),目前完美的證明了楊振寧先生理論的正確性。

      但要再深入一步,了解到楊振寧先生未能涉及的引力部分,我們還無能為力。

      因此,是按照舊套路來,繼續(xù)加大能級,燒更多滴錢,造更大的粒子對裝機(jī),還是另選捷徑,就有了討論的價(jià)值。

      楊振寧先生的態(tài)度和招黑的起源

      翁帆曾經(jīng)講述過楊振寧對大型對撞機(jī)的態(tài)度:

      “1978年中央領(lǐng)導(dǎo)向楊先生征求關(guān)于建造高能加速器的意見,楊先生知道,當(dāng)時(shí)這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)被作為國家戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃之一,有關(guān)方面非常期待他表態(tài)支持。但是他認(rèn)為,中國在“文革”結(jié)束、百廢待興之時(shí)可做的事情很多,大加速器項(xiàng)目不是當(dāng)務(wù)之急。于是他不附和任何人的意見,而是堅(jiān)持自己的想法,堅(jiān)決反對這個(gè)項(xiàng)目上馬。

      2016年多名外國諾貝爾獎(jiǎng)得主建議中國造超大型對撞機(jī),楊先生于9月初在網(wǎng)上發(fā)表一文《中國今天不宜建造超大對撞機(jī)》,又引起許多同行的不滿。他知道寫這樣的文章會得罪人,但是他必須說真話!

      今天網(wǎng)絡(luò)上很多好事之人,從所謂的私德出發(fā),以得道高僧的標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)楊振寧先生,我向來是不恥的。至于被動了奶酪的利益集團(tuán),狗急跳墻之輩,蠅營狗茍之徒,滿嘴噴糞,只能徒增笑耳!

      但作為技術(shù)爭論本身,卻是一件好事。

      爭論本身是一件好事

      楊振寧先生近些年來,引起極大的社會關(guān)注度,其中最重要的一點(diǎn),就是實(shí)名反對中國現(xiàn)階段建造大型粒子對撞機(jī)。

      中國大型對撞機(jī)到底值不值得的爭論,本身是一件大好事?茖W(xué)界,特別是中國科學(xué)界長久以來,就難得與社會產(chǎn)生直接互動,更不用說承擔(dān)基本的科學(xué)知識啟蒙。這次的爭論,就給了普通的群眾一個(gè)了解大型科技項(xiàng)目的機(jī)會。

      楊振寧先生反對的理由

      本貓是堅(jiān)定的楊振寧觀點(diǎn)支持者。我將楊振寧先生的意見整理為以下幾點(diǎn),我的主要觀點(diǎn)引用出自楊振寧先生2016年9月4日在微信公眾號“知識分子”發(fā)表的文章《中國今天不宜建造超大對撞機(jī)》。有興趣的同學(xué)可以移步詳細(xì)學(xué)習(xí)一下。

      1、美國的超導(dǎo)超級對撞機(jī)(SSC)下馬,浪費(fèi)了30億美元,大型粒子對撞機(jī)是個(gè)無底洞!茖W(xué)界摸美國過河,好過摸石頭過河。

      2、中國還是發(fā)展中國家,農(nóng)民問題、環(huán)保問題、教育問題、醫(yī)藥健康問題等等更需要錢!X多也得用在刀刃上。

      3、建造超大對撞機(jī)必將大大擠壓其他基礎(chǔ)科學(xué)的經(jīng)費(fèi),包括生命科學(xué)、凝聚態(tài)物理、天文物理等等。——其實(shí)我們國家的錢也沒同學(xué)們想象的那么多,要用錢的地方也沒同學(xué)們想象的那么少。

      4、多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為超對稱粒子只是猜想,驗(yàn)證超弦理論只有0.0001%的幾率!凑绽碚摶A(chǔ)來講,此項(xiàng)目出成果幾率相當(dāng)相當(dāng)相當(dāng)?shù)男 ?/p>

      5、高能物理的成就對人類現(xiàn)實(shí)生活不會帶來實(shí)在好處!退闳f一成功了,產(chǎn)出比也實(shí)在太低。

      6、大型對撞機(jī)的設(shè)計(jì)、運(yùn)轉(zhuǎn)和分析,落成后仍舊由外國人主導(dǎo),中國只是做嫁衣!F(xiàn)在國內(nèi)還不具備整體領(lǐng)軍實(shí)力,只能為他人作嫁衣裳,何不量力而行,先完善自己短板,再充大頭。

      7、不建大型對撞機(jī),高能物理還至少有兩個(gè)不那么費(fèi)錢的方向值得探索:尋找新加速器原理和尋找美妙的幾何結(jié)構(gòu)。——以過來的人身份講,路不止一條,何必自己把自己堵死在一條道上呢?

      結(jié)語

      歡迎理智的討論,噴子滾遠(yuǎn)點(diǎn)!

      我是貓先生,感謝閱讀。

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      主張建造大型對撞機(jī)的王貽芳和反對建造的楊振寧同為高能物理學(xué)家


      高能物理主要研究組成物質(zhì)的基本粒子以及它們和各種射線的相互作用關(guān)系
      ,由于基本粒子很少以單個(gè)形式出現(xiàn)在大自然中所以高能物理學(xué)家們只能建造“加速器和對撞機(jī)”來人工生產(chǎn)高能粒子并研究它們。

      對撞機(jī)基本原理就是將原子或者亞原子粒子加速到接近光速的水平,然后讓它們撞在一起從而碎裂成結(jié)構(gòu)更小的粒子來讓高能物理學(xué)家們研究它們,因此高能物理一般也可以被稱為粒子物理。


      上世紀(jì)80年代到90年代,隨著基礎(chǔ)理論的重大突破逐漸放慢腳步,國際高能物理學(xué)界開始著手驗(yàn)證已經(jīng)誕生了數(shù)十年的粒子物理學(xué)各項(xiàng)理論。但所謂“工欲善其事必先利其器”,想驗(yàn)證理論正確與否就必須先擁有達(dá)到驗(yàn)證能級的大型對撞機(jī)才行,所以哪里先擁有大型對撞機(jī)哪里就是未來20年高能物理的世界中心。

      在“高能物理世界中心”的鼓舞下美國和歐洲都開始建造大型對撞機(jī)

      美國代號為SSC的超級對撞機(jī)項(xiàng)目最初報(bào)上去的預(yù)算是44億美元但施工過程中僅前期設(shè)備和隧道挖掘部分就消耗了20億美元,美國政府意識到如果執(zhí)意要建成的話造價(jià)可能會逼近200億美元,所以美國在花了20億美元后“及時(shí)止損”停止了大型對撞機(jī)項(xiàng)目。

      相比美國的“半途而廢”歐洲代號LHC的大型強(qiáng)子對撞機(jī)倒是在2008年順利建成了,但付出的代價(jià)卻是原本26億美元的預(yù)算膨脹成了2008年的110億美元造價(jià),而歐洲也“如愿以償”成為了高能物理的世界中心。

      但僅僅10年后今天的歐洲LHC就已經(jīng)有些“力不從心”了,因?yàn)樗墓β屎蛙壍乐荛L已經(jīng)不再能滿足實(shí)驗(yàn)需要,高能物理學(xué)界開始鼓動歐洲建造新的功率更大的對撞機(jī),并且又說“哪里建造功率更大的對撞機(jī),哪里就是未來20年高能物理學(xué)的世界中心”

      中科院高能物理所所長王貽芳很想讓中國成為“高能物理的世界中心”

      2012年時(shí)高能所提出了建造大型環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)(CEPC)的計(jì)劃,盡管王貽芳宣稱預(yù)算只需要360億人民幣,但楊振寧作為高能物理學(xué)界泰山北斗般的人物認(rèn)為360億人民幣只是個(gè)開始。

      所以楊振寧反對中國目前建造大型對撞機(jī),他認(rèn)為應(yīng)該把有限的科研經(jīng)費(fèi)用到“刀刃”上,畢竟高能物理就算取得突破也需要半個(gè)世紀(jì)甚至更久才能轉(zhuǎn)化為技術(shù),中國現(xiàn)在完全不需要上趕著建大對撞機(jī)。

      在楊振寧的理想里中國大型對撞機(jī)的建造時(shí)間應(yīng)該在20年以后

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      對撞機(jī)是高能物理領(lǐng)域的重要設(shè)備,目的就是讓微觀粒子相撞,產(chǎn)生新粒子研究新性質(zhì)。相撞的粒子主要包括電子、強(qiáng)子以及質(zhì)子等。而王貽芳院士主張建造的對撞機(jī)是環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī),第一階段投入經(jīng)費(fèi)大約是360億人民幣。如果第一階段取得巨大成就,那么可以把電子對撞機(jī)改成質(zhì)子對撞機(jī),繼續(xù)該領(lǐng)域的深入研究。整個(gè)過程下來差不多半個(gè)多世紀(jì)就過去了。

      王貽芳院士主張建造CEPC也是有著充足原因的,首先在該領(lǐng)域未來的發(fā)展主要就集中在希格斯粒子性質(zhì)的研究上,沒有對撞機(jī)就撞不出希格斯粒子,那么中國的高能物理依舊是跟著別人后邊在跑的,不可能取得什么成就。中國如果建造成功環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī),那么就可以產(chǎn)生“大量”的希格斯粒子。這里為什么要用引號哪?實(shí)際上希格斯粒子壽命非常的短,并且產(chǎn)生條件極其苛刻,要先研究它的性質(zhì)是非常難的事情。沒有大型粒子對撞機(jī)是完全做不到的。

      2012年歐洲核子研究中心的LHC發(fā)現(xiàn)了希格斯粒子,把粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的最后一塊拼圖找到了,后續(xù)對于希格斯粒子的研究很可能會誕生多個(gè)諾獎(jiǎng)。

      但是環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)的建造是要花大價(jià)錢的,第一期投入就是360億人民幣,之后的第二期以及維護(hù)將會更交消耗資金。并且中國目前缺少這方面的人才儲備,當(dāng)對撞機(jī)建造完成后,可能會有大量其他國家的科學(xué)家參與進(jìn)來,這是在給別人做嫁衣。

      楊振寧并不反對大型的粒子對撞機(jī)本身,而是在根據(jù)我國國情以及高能物理可能發(fā)展的前景在給出自己的建議,那就是暫時(shí)不要建造環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)。王貽芳院士希望中國可以盡快的開始建造環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)將,盡量的在2030年完成一期工程,這將早于歐洲的FCC十年的時(shí)間,這十年就是一個(gè)空檔期,中國高能物理發(fā)展的幾乎。

      楊振寧和王貽芳對于是否建造環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)的出發(fā)點(diǎn)不同,最終的結(jié)論也不相同,但個(gè)人認(rèn)為終歸是有錯(cuò)誤的一方,至于哪種結(jié)果正確只能用時(shí)間來證明。中國的一個(gè)明星偷漏稅都能達(dá)到數(shù)億元,我想建造這么一個(gè)對撞機(jī)多去抓點(diǎn)這樣的明星,一切資金就都有來源了。


      文/科學(xué)黑洞,圖片來源網(wǎng)絡(luò)侵刪。

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      近些年來大眾最熟知的中國物理學(xué)家有三個(gè)人,分別是潘建偉和楊振寧以及王貽芳,其中潘建偉是量子通信的,楊振寧和王貽芳則是高能物理同行

      高能物理不僅在字面上很“高能”,在實(shí)際研究過程中也很“耗能”,因?yàn)樯a(chǎn)“高能”的實(shí)驗(yàn)環(huán)境需要巨大的加速器而巨大的加速器又需要巨額的電力,歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)開始運(yùn)行后需要周圍兩座核電站來為其供能,但饒是這樣LHC目前的功率也已經(jīng)不能滿足高能物理學(xué)家們的需求了,所以歐洲目前打算再建一個(gè)功率更大的對撞機(jī)。

      2014年北京高能物理研究所(所長是王貽芳)計(jì)劃建造周長100公里的正負(fù)電子對撞擊(CEPC),該對撞機(jī)的功率將是LHC的7倍以上,按照王貽芳的話說建成后中國將在未來20到30年成為世界高能物理研究中心。

      有趣的是當(dāng)年美國也想做“世界高能物理研究中心”

      上世紀(jì)80年代美國準(zhǔn)備建造一個(gè)超導(dǎo)超級對撞機(jī)(SSC)最初的預(yù)算是44億美元,結(jié)果該項(xiàng)目到1993年的時(shí)候就因?yàn)榻?jīng)費(fèi)超支被裁了,而此時(shí)整個(gè)項(xiàng)目的完成度還不到20%,隧道也才挖了三分之一,因而項(xiàng)目負(fù)責(zé)人很后悔當(dāng)時(shí)沒把預(yù)算報(bào)到200億美元。

      而同時(shí)期的歐洲LHC一開始的預(yù)算是26億美元,2008年完工時(shí)已經(jīng)花了90億美元。盡管歐洲方面說這個(gè)項(xiàng)目并不是很虧,但明眼人都看出來這不過是死鴨子嘴硬而已。

      美國和歐洲的經(jīng)驗(yàn)都表明建造大型對撞機(jī)是非常非常燒錢的一項(xiàng)工程,而且最重要的是開弓沒有回頭箭,美國對撞機(jī)當(dāng)年“花了20億美元挖了個(gè)坑最后又把它填上”的及時(shí)止損行為雖然避免后續(xù)的燒錢,但照樣也沒少挨罵。

      楊振寧只是反對中國現(xiàn)在建造,他提倡的是到20年或者30年后再建造大型對撞機(jī)

      他認(rèn)為高能物理領(lǐng)域想要取得突破絕非一朝一夕,而且就算取得了突破想要轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力也還需要一個(gè)甚至幾個(gè)世紀(jì)才行,因此中國目前完全沒有必要拿出近千億來建造一個(gè)并不能“定乾坤”的大型對撞機(jī)。

      5

      對撞機(jī)是研究高能物理的必備神器。

      可以說,當(dāng)量子力學(xué)進(jìn)入到超微觀領(lǐng)域,這時(shí)候就需要大量的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)理論。

      量子力學(xué)是研究微觀世界的一門學(xué)科。而微觀世界就是研究粒子的各種特性,比如自旋,動量等運(yùn)動信息的領(lǐng)域。

      在基本粒子中,它們都會相互轉(zhuǎn)換。粒子除了自然形式下的轉(zhuǎn)化以外,還有人工轉(zhuǎn)換。

      科研不僅僅需要捕獲自然粒子,更重要地是可控的粒子形式。這時(shí)候就需要大型粒子對撞機(jī)了。

      在粒子碰撞的實(shí)驗(yàn)中,我們可以尋找理論預(yù)測的新粒子,比如希格斯玻色子。還可以研究粒子之間的變化規(guī)律。

      人類研究微觀世界最得力的工具就是對撞機(jī),沒有對撞機(jī),絕大部分量子力學(xué)的預(yù)言僅僅只能停留在紙面上。量子力學(xué)要想發(fā)展對撞機(jī)不可或缺。

      以王貽芳為代表中國科學(xué)家主張建設(shè)自己的粒子對撞機(jī)

      中國要想在基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域追趕西方,必須有自己的殺手锏。對撞機(jī)則是研究量子力學(xué)最重要的設(shè)備,這不僅是研究,更重要地是可以吸收海外尖端人才來華,為我國培養(yǎng)大量的本土人才。依托對撞機(jī)建立一個(gè)高校學(xué)術(shù)圈,這樣以來,中國就有自己的尖端領(lǐng)域研究中心了。

      而楊振寧作為在世最偉大的科學(xué)家,他畢生都在高能物理中作研究,對粒子物理學(xué)再熟悉不過了。

      楊振寧認(rèn)為如果中國此時(shí)投入300億建設(shè)粒子對撞機(jī),是不劃算的規(guī)劃。

      因?yàn)樵谏蟼(gè)世紀(jì)后半葉,西方已經(jīng)用對撞機(jī)把高能物理探索完了,他用“盛宴已過”表達(dá)了高能物理的基礎(chǔ)研究進(jìn)度。

      高能物理目前面臨最大的問題就是尋找理論預(yù)測的新粒子,比如引力子。而這些粒子的探尋并不是建個(gè)更好的對撞機(jī)就可以解決,更重要地是運(yùn)氣。而這些理論預(yù)言正確與否還是個(gè)問題。用對撞機(jī)找理論預(yù)言的新粒子則是運(yùn)氣加運(yùn)氣的風(fēng)險(xiǎn)之舉。

      現(xiàn)在貿(mào)然用巨資打造對撞機(jī)只會擠壓其他科研領(lǐng)域的經(jīng)費(fèi)。而高能物理又是長期投資,未來半個(gè)世紀(jì)都不一定看到成果。

      縱觀美國建設(shè)粒子對撞機(jī)的血淚史,預(yù)算起碼會翻一翻,對撞機(jī)簡直就是看不到低的無底洞。

      如果耗費(fèi)千億資金建設(shè)大型粒子對撞機(jī),最后只是重復(fù)一遍西方上個(gè)世紀(jì)的研究,那豈不是得不償失,而且這種可能性并不低!

      用這些錢投到生物科研領(lǐng)域都比高能物理見效更快,回報(bào)更明顯。

      6

      對撞機(jī)是什么?

      對撞機(jī)最初是在高能同步加速器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來,就是建造相當(dāng)長的“管道”加速兩束粒子流,加速至一定速度時(shí)進(jìn)行相撞,其目的是為了發(fā)現(xiàn)新的粒子,發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象,從而打開一個(gè)新的研究課題,對于物理學(xué)的發(fā)展有促進(jìn)作用。

      目前世界上最大的粒子加速器是位于歐洲法國與瑞士交界處的大型強(qiáng)子對撞機(jī),即著名的LHC。它的長度為27.358公里,于2008年9月10日啟動初次測試,它是一個(gè)多國合作項(xiàng)目。

      LHC的最大科學(xué)成果是發(fā)現(xiàn)了希格斯粒子,它又被稱之為“上帝粒子”。這次發(fā)現(xiàn)對于當(dāng)時(shí)的物理學(xué)研究有著重大意義,因?yàn)橄8袼沽W邮橇W游锢順?biāo)準(zhǔn)模型中最為重要的一環(huán),倘若沒有發(fā)現(xiàn)希格斯粒子,那么粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型,這一上世紀(jì)下半葉重大的物理學(xué)成就可能會崩潰。

      時(shí)至今日,對撞機(jī)作為高能物理研究中重要的設(shè)備一直備受大家關(guān)注。而我國也有著建設(shè)世界最大粒子對撞機(jī)的想法。

      CEPC(正負(fù)電子對撞機(jī))是我國準(zhǔn)備建設(shè)的周長為100公里的大型粒子對撞機(jī),項(xiàng)目分為2個(gè)階段,第一個(gè)階段先建設(shè)正負(fù)電子對撞機(jī)CEPC,第二個(gè)階段是在此基礎(chǔ)上建設(shè)SPPC(質(zhì)子對撞機(jī)),建設(shè)SPPC需要滿足2個(gè)前提:

      1:建造質(zhì)子對撞機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)要有突破;

      2:CEPC取得重大物理成果。

      預(yù)計(jì)建造CEPC的費(fèi)用為360億元人民幣。

      對于是否建造CEPC,國內(nèi)有兩種看法:一是建造,二是現(xiàn)在不宜建造。主張建造的一方是中科院院士、中科院高能物理所所長王貽芳,主張現(xiàn)在不宜建造的一方是著名的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者楊振寧先生。

      楊老并不是反對建設(shè)CEPC,而是說現(xiàn)在不宜建造CEPC。楊老反對現(xiàn)在建設(shè)CEPC的原因有以下幾點(diǎn):經(jīng)費(fèi)就像“無底洞”,后期不知道需要耗費(fèi)多少錢,中國仍然是發(fā)展中國家,仍有許多民生問題需要解決。建設(shè)龐大的CEPC會擠壓其它自然學(xué)科的經(jīng)費(fèi),建設(shè)CEPC不一定會發(fā)現(xiàn)新物理,即便不建造CEPC,現(xiàn)今的物理學(xué)仍有許多重要方向值得研究,比如弦理論研究的幾何結(jié)構(gòu)、新加速器原理。建造成功后,工作研究人員大約有90%是由外國科學(xué)家組成的。

      就我個(gè)人而言,我支持楊老的看法(雖然我的支持沒有啥用),因?yàn)闅W洲的LHC除了發(fā)現(xiàn)希格斯粒子以外,沒有其它重要發(fā)現(xiàn)了,并且LHC后期的費(fèi)用已經(jīng)連續(xù)超支了,更何況它還是一個(gè)多國合作項(xiàng)目呢。原本說要發(fā)現(xiàn)的新物理——尋找超對稱粒子,到現(xiàn)在也沒有發(fā)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)美國說要建設(shè)的SSC項(xiàng)目最終因?yàn)榻?jīng)費(fèi)的預(yù)算問題而停止了建造,即便美國沒有建成SSC,美國的基礎(chǔ)科研依舊是領(lǐng)先歐洲的。

      你們的看法呢?

      文/科學(xué)船塢

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      對撞機(jī),顧名思義就是讓物質(zhì)相互撞擊的機(jī)器。這里的物質(zhì)特指分子、原子、電子、質(zhì)子、中子等等一些微觀粒子。因?yàn)檫@些微觀粒子想要把它們分開很難,想要研究它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更難,如何提供能量把這些粒子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)到我們眼前呢?那就是超級對撞機(jī)。通過把這些微觀粒子加速到亞光速,給予它們足夠的動能,讓后讓它們迎頭相撞,就像我們汽車相互撞擊一樣,直接撞的“稀巴爛”。這樣,這里粒子就會被“撞碎”,從而顯示出來內(nèi)部結(jié)構(gòu)來。粒子物理學(xué)上面很多基本粒子的發(fā)現(xiàn),都是用對撞機(jī)撞出來的。

      我們都知道一個(gè)質(zhì)子由三個(gè)夸克組成,那么科學(xué)家如何驗(yàn)證呢?其實(shí),如果用大型對撞機(jī)進(jìn)行撞擊,我們能夠看到質(zhì)子呈現(xiàn)了三個(gè)突出的結(jié)構(gòu),那么這些就是質(zhì)子。只不過存在夸克禁閉,夸克無法單獨(dú)存在,所以即便質(zhì)子被“撞碎”分解為夸克,這些夸克也會瞬間從新排列組合,構(gòu)建為新的粒子。而我們通過研究這個(gè)過程,就可以了解質(zhì)子的構(gòu)成已經(jīng)探尋生成的粒子是不是我們要找的新粒子。

      當(dāng)然了,從上面的分析也可以看出,想要把粒子撞碎,關(guān)鍵就是要有足夠的動能。也就是說,給粒子一個(gè)大的速度是必須的。特別是現(xiàn)在英國已經(jīng)有了大型對撞機(jī),如果粒子物理像再進(jìn)一步,那么后來建造的對撞機(jī)必須要加速半徑更大,這樣才能夠提供更多的能量,把那些比較“結(jié)實(shí)”的粒子也撞碎。

      然而,建造大型對撞機(jī)是非常費(fèi)錢的。上世界美國和英國曾經(jīng)計(jì)劃建造對撞機(jī)。結(jié)果沒過本來預(yù)算44億,剛開工沒多久就花了20億。所以,美國立馬止損的停止了建造。而英國則選擇的了繼續(xù)建造,然后2008年花了比預(yù)算多花了84億美元建造好了LHC的大型強(qiáng)子對撞機(jī)。

      楊振寧反對我國建造大型對撞機(jī),一個(gè)重要的參考依據(jù)就是覺得這玩意太費(fèi)錢。對于我們來說,花費(fèi)360億在建立大型對撞機(jī)上面,還不如把錢投入在其它更為需要的地方。而且,現(xiàn)在的粒子物理學(xué)已經(jīng)相當(dāng)完美了,該發(fā)現(xiàn)的粒子也都發(fā)現(xiàn)了,建立這么個(gè)玩意也不一定會出什么巨大成果。所以,預(yù)期把巨額資金花費(fèi)到建立大型對撞機(jī)上面,還不如多資助其它更有意義的科學(xué)項(xiàng)目。

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      是否要花200億美元建造大型對撞機(jī)爭論其實(shí)已經(jīng)持續(xù)了好幾年,提倡建造的主要代表是王貽芳和丘成桐,反對建造的是楊振寧,雙方在高能物理實(shí)驗(yàn)上面的爭論已經(jīng)很久,王貽芳的理由是高能物理研究是科研的方向,歐美國家在研究了幾十年,我們也不能落后,楊振寧反對的理由是,高能物理研究已經(jīng)過去幾十年,歐美國家已經(jīng)研究得差不多,我們已經(jīng)沒必要花天價(jià)去重復(fù)。

      再者楊振寧反對的理由還有,就是我們國內(nèi)的物理水平其實(shí)太差,特別是基礎(chǔ)物理方面更是需要大量的投入培養(yǎng),把這些錢用在培養(yǎng)基礎(chǔ)物理方面的人才,給中國未來高端物理積累足夠的人才,意識就是要我們先打好走路的基礎(chǔ),等自己走穩(wěn)了再去學(xué)跑,高能物理在一百年內(nèi)是不可能真正的能用到實(shí)際的,所以現(xiàn)在不急著去搶,應(yīng)該把基礎(chǔ)打好了才t有實(shí)力去爭。

      還有第三個(gè)理由就是對撞機(jī)的作用只是驗(yàn)證一些理論上的東西,在百年內(nèi)完全不會真正做到主導(dǎo)科技的方向,所以應(yīng)該把這些錢花在實(shí)用型科學(xué)研究上面,把大量的金錢和精力花在沒有多大作用的事情上面會壓縮了其他科研方面的投入,會直接造成了其他科研項(xiàng)目的資金不足從而影響了真正的現(xiàn)實(shí)國家利益。

      第四個(gè)反對的理由是,中國目前沒有這個(gè)技術(shù)去建造高能物理對撞機(jī),對撞機(jī)的建造完全依賴國外技術(shù),也就是說我們只是提供地方和提供錢,建造和使用都是外國人來主導(dǎo),意思就是別人把我們當(dāng)財(cái)主冤大頭,美國之所以放棄建造大型對撞機(jī)的原因是看出來了建造這個(gè)沒有任何好處還浪費(fèi)錢,所以寧愿浪費(fèi)了二十億美元也要停止,不愿意跳入以后的無底洞。

      當(dāng)然王貽芳要建造大型對撞機(jī)的理由是現(xiàn)在不建以后就沒機(jī)會了,還有一個(gè)理由就是,想通過建造大型對撞機(jī)來吸引外國團(tuán)隊(duì)進(jìn)入中國,認(rèn)為只有吸引外國團(tuán)隊(duì)進(jìn)入才能提高中國的科學(xué)地位,對撞機(jī)是最符合吸引外國團(tuán)隊(duì)的一個(gè)高科技產(chǎn)品,看起來的確是有一點(diǎn)道理,但是怎么感覺就只是為了提高名聲和影響力而已,并沒有其他實(shí)際性意義。

      吸引人才并不是你建造一臺機(jī)器設(shè)備就可以的,真正能吸引人才并留下來服務(wù)的是你的科研環(huán)境,科研環(huán)境不只是科研設(shè)備一樣,還有就是物理學(xué)的分為以及你這個(gè)地方的物理水平實(shí)力,沒有實(shí)力別人只是會利用你根本不會跟你進(jìn)行核心交流,美國沒有對撞機(jī)為什么美國能吸引那么多人才過去,原因就是人家核心實(shí)力強(qiáng)大到根本不需要某一樣?xùn)|西來做誘餌。

      其實(shí)有一個(gè)特別的現(xiàn)象就是,在發(fā)展的這幾十年里面,我們有錢了以后發(fā)覺現(xiàn)在的人特別喜歡做一些面子形象工程,整天搞一些所謂的世界第一,世界最大,世界最高等等事情,好像要通過這些來證明自己厲害,其實(shí)這些有什么用呢,除了某一些人某一些地方增加一點(diǎn)名氣以外一無是處,所謂的最大最高這些都只是搞名譽(yù)形象而已,勞民傷財(cái)!錢應(yīng)該花在實(shí)用性的地方不應(yīng)該花在虛的地方最后導(dǎo)致某些人得利。

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      什么是對撞機(jī)

      對撞機(jī)是指大型強(qiáng)子對裝機(jī),目前世界上最大的對撞機(jī)身處歐洲。

      大型強(qiáng)子對撞機(jī)是在高能同步加速器基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種裝置,其主要作用是積累并加速相繼由前級加速器注入的兩束粒子流,到一定束流強(qiáng)度及一定能量時(shí)使其在相向運(yùn)動狀態(tài)下進(jìn)行對撞,以產(chǎn)生足夠高的相互作用反應(yīng)率,從而便于測量。對撞機(jī)是測量高能粒子實(shí)驗(yàn)的儀器,目的是要發(fā)現(xiàn)“新粒子”,包括場能效粒子、超對稱粒子、超額維度量子等。

      大型強(qiáng)子對撞機(jī)是現(xiàn)代粒子物理學(xué)的一個(gè)奇跡,它使研究人員能夠探測到現(xiàn)實(shí)世界的深處。它的起源可以追溯到1977年,20年后的1997年,該項(xiàng)目正式獲得批準(zhǔn),并開始建造一個(gè)16.5英里(27公里)長的環(huán)形軌道,該軌道經(jīng)過法國和瑞士邊境,能夠?qū)⒘W蛹铀俚?9.99%的光速,并將它們撞擊粉碎在一起。

      這項(xiàng)工程耗費(fèi)巨大,建造總共花費(fèi)了80億美元,來自60個(gè)不同國家的8000多名科學(xué)家參與了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。

      為什么楊振寧提出反對

      楊振寧并沒有反對中國建造大型強(qiáng)子對撞機(jī),只不是他反對現(xiàn)在就開始建。

      中國要建造的對撞機(jī)是一個(gè)比歐洲LHC大7倍的大型高能環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī),其周長達(dá)到了50-70千米,這個(gè)工程分為一期和二期,第一期主要是建設(shè)高能正負(fù)電子對撞加速器,第二階段則是將正負(fù)電子對撞升級為質(zhì)子加速器,類似與歐洲的LHC,但比歐洲的LHC能級更高,工程總造價(jià)可能會達(dá)到千億人民幣。

      楊振寧給出的理由是:這項(xiàng)工程太費(fèi)時(shí)間和錢了,而且他認(rèn)為粒子物理似乎快到盡頭了,這個(gè)建設(shè)可能會打水漂,沒有多少進(jìn)展。

      其次楊振寧覺得雖然建造大型強(qiáng)子對撞機(jī)會對我國高能物理方面有幫助,但是國內(nèi)還有許多更待解決的問題,比如教育、醫(yī)療等等,這么一大筆錢,應(yīng)該放在最重要的地方,至于對撞機(jī)等未來時(shí)機(jī)成熟了再開始建更好。

      不過中國的大型強(qiáng)子對撞機(jī)(CEPC)已經(jīng)決定近幾年開工了,既然如此那就預(yù)祝項(xiàng)目能取得成功吧。

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      對撞機(jī)

      對撞機(jī)其實(shí)是從回旋加速器逐漸發(fā)展而來的用于高能物理實(shí)驗(yàn)的裝置。在對撞機(jī)中,帶電粒子可以被電場加速到很高的能量狀態(tài),通過粒子的高速碰撞,來探究粒子的基本結(jié)構(gòu)。早期的粒子加速設(shè)備僅可以讓帶電粒子在高壓電場中加速一次,如果要獲得較高的速度,就需要多級加速,受限于早期電場調(diào)頻技術(shù)的限制,如果把多個(gè)加速裝置串聯(lián)起來,則設(shè)備體積會非常龐大。下圖,電子加速儀。

      到1930年,勞倫斯提出了回旋加速器的概念,其所依據(jù)的基本原理是帶電粒子以某一速度垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時(shí)會做勻速圓周運(yùn)動。勞倫特設(shè)計(jì)的回旋加速器由兩個(gè)半圓形的金屬扁盒(D形盒)組成,D形盒放置于垂直的勻強(qiáng)磁場中,兩個(gè)D形盒的間隙則充滿了交變的加速電場,電場頻率等于粒子在磁場中作圓周運(yùn)動的頻率。當(dāng)帶電粒子進(jìn)入回旋加速器后,首先經(jīng)過電場的加速從而進(jìn)入勻強(qiáng)磁場,經(jīng)過一個(gè)D形盒后會再次進(jìn)入加速電場,因此帶電粒子每運(yùn)轉(zhuǎn)一圈就會被加速兩次,經(jīng)過多級加速后,帶電粒子就會獲得較高的動能。

      在回旋加速器中,帶電粒子通?梢员患铀俚綆资纂娮臃,隨著速度的進(jìn)一步增加,粒子的相對論質(zhì)量會明顯變大,由于質(zhì)量發(fā)生變化,其運(yùn)動半徑會發(fā)生變化從而無法在回旋加速器中穩(wěn)定運(yùn)行。對于這個(gè)問題,科學(xué)家想到了兩種辦法來解決,一種是逐漸增加磁場強(qiáng)度,從而抵消粒子質(zhì)量增加帶來的影響,這種方法發(fā)展出了扇形聚焦回旋加速器;第二種是改變電場的頻率,以匹配粒子的加速周期問題,這種方法發(fā)展出了同步回旋加速器。兩種加速器各有優(yōu)劣,扇形聚焦回旋加速器需要消耗大量的電磁鐵,因此其建造成本較高,而同步回旋加速器采用了調(diào)頻技術(shù),因此只能形成脈沖電子束。

      對撞機(jī)是非常復(fù)雜的科學(xué)設(shè)備,因其加速粒子的不同,也有種類上的差異,但其工作流程都可以理解為對帶電粒子的加速——對撞,要實(shí)現(xiàn)粒子的對撞效果,就要考慮粒子本身的性質(zhì)了,如果被加速的帶電粒子電性相反,通常一個(gè)加速環(huán)就能實(shí)現(xiàn)對撞,如果粒子的電性相同,則需要至少兩個(gè)加速環(huán)。帶電粒子在加速器中完成加速后會被引入對撞區(qū),多種探測儀器用以飛行對撞結(jié)果。

      目前世界上最大的對撞機(jī)是位于歐洲的大型強(qiáng)子對撞機(jī),其圓形的加速隧道有27公里長,整個(gè)加速器放置于地下百米范圍深處,整個(gè)加速隧道由超導(dǎo)磁鐵覆蓋,大型強(qiáng)子對撞機(jī)可以將兩束對撞質(zhì)子的能量提高到14Tev。

      楊振寧先生反對建造大型對撞機(jī)的原因

      科學(xué)研究一向都是非常燒錢的事情,建造大型對撞機(jī)的投入預(yù)計(jì)要超過一千億人民幣,這對于一個(gè)發(fā)展中國家來說,確實(shí)是不小的投入,中國目前也有許多領(lǐng)域急需資金來完成技術(shù)追趕,因此單從對撞機(jī)的資金投入方面,結(jié)合目前的國情,楊振寧先生并不支持當(dāng)下的中國建造對撞機(jī),而且中國缺少大型對撞機(jī)必要的運(yùn)行與維護(hù)人才,如果引入西方人才參與對撞機(jī)的建造與運(yùn)行,則有為他人作嫁衣的意思。

      粒子對撞實(shí)驗(yàn)的一大內(nèi)容是尋找超對稱粒子,而超對稱粒子本身是一種科學(xué)猜想,因此許多物理學(xué)家認(rèn)為,通過對撞機(jī)尋找超對稱粒子無異于大海撈針。即使沒有大型對撞機(jī),高能物理實(shí)驗(yàn)也有許多方向值得研究。

      高能粒子對撞機(jī)誕生的半個(gè)多世紀(jì)以來,確實(shí)做出了很大的貢獻(xiàn),比如“上帝粒子”的發(fā)現(xiàn),但高能物理學(xué)經(jīng)過多年的發(fā)展后,許多重要的觀念都已經(jīng)有了,如果沒有新的科學(xué)理論支撐,對撞機(jī)是很難做出成績的,用楊振寧先生的話就是“The party is over(盛宴已過)”。

      來說說楊振寧先生所反對建造的對撞機(jī)

      目前中國最大的對撞機(jī)是北京正負(fù)電子對撞機(jī),其能量僅有3~5GeV,為了到21世紀(jì)中葉占領(lǐng)基礎(chǔ)物理高地,中國急需建造高能物理研究中心,從而培養(yǎng)相關(guān)人才,因此大型環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)計(jì)劃被提出。

      CEPC(環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī))是中國提出的新一代加速器概念,其第一階段主要建造環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī),這部分投入在30億美元作用,可以對希格斯玻色子等標(biāo)準(zhǔn)模型粒子進(jìn)行精確測量,如果一切順利,將追加投入上百億美元,用于第二階段的建造,即超級質(zhì)子對撞機(jī)(SPPC)。中國超級對撞機(jī)在建造規(guī)模上預(yù)計(jì)有52公里的周長,對撞能量將提升到70Tev,預(yù)計(jì)最晚2050年建造完成。

      你支持建造CEPC嗎?

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