想參與大型對撞機之爭？先搞清基本背景_風聞

【袁嵐峯 中國科學技術大學化學博士，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心副研究員，科技與戰略風雲學會會長】

近年來，關於中國是否要建設大型對撞機的爭論浮出水面，愈演愈烈。例如， 1982年菲爾茲獎獲得者丘成桐、1957年諾貝爾物理學獎獲得者楊振寧、2004年諾貝爾物理學獎得主戴維·格羅斯（David Gross）等人紛紛撰文表態。科學界內部以及關心科學的公眾對這個話題的關注不斷升温，“挺撞”和“反撞”兩派爭相發文，甚至公開面對面辯論。一場科學爭論佔據了輿論場的中心，這是中國前所未見的景象。我們應該如何看待這場鏖戰呢？

我對於對撞機是外行，不過中國科學院高能物理研究所曹俊研究員也經常在微博上做科普，我和他做了很多交流。有一個重要的高能物理項目叫做大亞灣中微子實驗，2012年發現了一種新的中微子振盪。項目首席科學家、中國科學院高能物理研究所院長王貽芳院士因此獲得了2015年度的基礎物理學突破獎，這是中國科學家首次獲得這個大獎。王貽芳就是大型對撞機項目最主要的倡議者。

曹俊老師是大亞灣中微子實驗的副發言人。我問過他，什麼叫做發言人？聽着跟國防部或者外交部發言人似的。他告訴我，其實就是實驗負責人。可能是科學家都不喜歡讓人管，所以只是推舉出一個發言的，叫做發言人！

文藝青年時代的曹俊老師

@曹俊IHEP 的微博頭像，一看就是粒子物理實驗的負責人

大亞灣中微子實驗是一箇中美合作的項目，有一個發言人和兩個副發言人。發言人就是王貽芳，副發言人是曹俊和一位意大利科學家。

從這些背景，大家可以明白，曹俊和王貽芳其實都不是造加速器的，而是做粒子物理實驗的。但無論如何，曹俊老師作為粒子物理實驗的一線工作者，給我講了從思維方式到技術細節的許多內容，還爆了不少歷史的料。我從中學到很多東西，非常感謝曹俊老師。

以這些信息為基礎，2016年9月，我寫了一篇文章大型對撞機之爭：價值、目標和圖景——讓對撞機之爭撞出科學界與社會、科學界內部的良性互動 | 袁嵐峯，發表在《中國發展觀察》上。

《中國發展觀察》2016年第18期封面

曹俊老師最基本的一個觀點是：大多數人在那裏吵來吵去，其實基本的事實都沒有搞清楚。我們不需要在建或者不建上持強烈的看法，只要把這些基本的事實傳播出去，讓討論建立在理性的基礎上，就已經是很大的貢獻了。我完全同意這個觀點。

此外，我還跟一些相關專業的科大同事進行了交流。非常感謝諸位專家的指教。下面，我就基於我2016年的文章，再加上一些新的信息，來向大家介紹相關的背景。每個人都有自由做出自己的判斷，不過無論如何，瞭解這些背景本身就是很有意義的。

讓對撞機之爭撞出科學界與社會、科學界內部的良性互動

爭論本身的價值

首先，爭論本身就是一件大好事，對公眾來説，甚至比最終決定的好處都要大，因為這是一次難得的科學與社會互動的啓蒙。

古代中國沒有科研的傳統，建國以來大部分時間又忙於解決生存與發展問題，人民習慣的是“毛主席英明堅持造兩彈一星”、“殲-10、殲-20橫空出世令人淚流滿面”這樣的模式，希望突然拿出個秘密武器。到了現在，中國在許多科研領域已經不再是單純的追趕者，而是要成為國際領先者。這時的新問題是，前面沒有趟路的，不確定該往哪裏走，如華為創始人任正非所説“攻入了無人區”。殲-20的總設計師楊偉説：“原來，我們曾經是有明確的追趕目標，別人在前面，我們奔着他去。現在，我們接近了，甚至在某些局部平行或超越了，這時我們所面臨的挑戰將更加嚴峻。在這種沒有明確跟蹤目標的情況下，創新的難度同以前相比不是一個數量級的。”

在這種情況下，科研項目要不要上、怎麼上，就不再只是政府和專家關心的事了，人人都有了發言權，爭取民意和經費支持對科學界來説成為極其重要的事。其實，這才是現代化國家科學與公眾關係的常態。

例如美國國家航空航天局（NASA），最重要的任務之一就是向公眾解釋和宣傳自己的工作。打開NASA的主頁（https://www.nasa.gov/），撲面而來的是若干精美圖片，從火星車到極光，還有一個漫畫式的“兒童俱樂部”，培養航空航天的粉絲從娃娃抓起。

NASA主頁

再來看中國國家航天局的主頁（http://www.cnsa.gov.cn/）。機構簡介、信息發佈、中國航天、國際合作、資源服務、互動交流、科普與人物等等，中規中矩地排成一溜。雖然不能説中國國家航天局的主頁就很糟糕，但目標觀眾顯然只是體制內的官員和學者，向公眾宣傳的意識和技巧跟NASA比就差了八條街。

中國國家航天局主頁

這次全社會的“大對撞”讓羣眾開始討論科學發展，是非常好的事。但美中不足的是，許多人連基本事實都不清楚就急於表態，無的放矢。希望經過這次討論，無論正方還是反方都能學到新的信息和思想，觀點和結論是基於事實，而不是捕風捉影。希望中國人民對科學議題的關注度和中國科學界對公共輿論的重視度都大大提高，走上良性循環。

大型對撞機的支出是什麼概念

大型對撞機之所以引起這麼大的反響，直接原因是投資巨大，幾百、上千億元量級的投資在中國的基礎研究項目中是空前的。按照王貽芳的介紹，第一階段的正負電子對撞機（CEPC，是Circular Electron Positron Collider的縮寫）約在2022-2030年間建設，工程造價（不包括土地、“七通一平”等）約400億元。如果有發現新物理的跡象，再建第二階段的質子對撞機（SPPC），工程造價在1000億元以內，時間是在2040-2050年左右。

這樣的投資是個什麼概念呢？我們可以拿其他幾個大科學工程作為參照。大亞灣中微子實驗的耗資“只有”2.5億元，就測量出了第三種中微子振盪的混合角，簡直是“物美價廉”了。位於河北興隆的郭守敬望遠鏡（LAMOST，大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡），投資2.35億元。世界最大的射電望遠鏡、位於貴州平塘的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST），耗資6.67億元。江門中微子實驗正在建設，預計投資20億元。由此可見，大型對撞機的支出比其他大科學工程高出一到兩個數量級，確實是一個巨大的跨越。

許多人看到這裏，結論就已經出來了：“太貴了！不建！”且慢，這不是負責任的態度。應該把相關的背景都掌握了，利弊都通盤考慮了，再下結論。

大型對撞機為什麼成了中國的一個機會？

大多數人沒有想過的問題是：為什麼這場爭論發生在中國？發生在現在？回答是，中國在近年內獲得了一個建設大型對撞機的機會窗口。我們應該先了解這個機會是什麼，然後再決定要不要抓住這次機會。

粒子物理發展到現在，最先進的加速器全世界只會建一個。當一個國家有這台加速器的時候，別的國家不會建一個同等水平的，那樣沒有意義，要建只會建更大的。這種大項目都需要國際合作，即使有國家想建第二個，也拿不到國際投入了。因此，誰擁有最先進的加速器，誰就是粒子物理的領先者。這是粒子物理的特殊性，其他學科不是這樣的，因為加速器要研究的問題高度集中，而其他科學設備可研究的問題分佈廣泛，建很多個也都有事幹。

歐洲核子研究組織（CERN）的大型強子對撞機（LHC，是Large Hadron Collider的縮寫）是當前最先進的加速器，2012年發現了希格斯玻色子（Higgs boson），補上了粒子物理標準模型中的最後一塊拼圖。這已經接近LHC能力的極限了。那麼下一步，應該做什麼呢？

歐洲大型強子對撞機

CERN正在規劃未來的加速器——環形希格斯工廠或者直線對撞機（CLIC，是Compact Linear Collider的縮寫）。但它已經規劃了LHC亮度升級計劃，計劃運行至2035年，在此之前騰不出手修建新加速器。

美國一方面在將費米實驗室的加速器轉去全力研究中微子，一方面在研究繆子對撞機的原理，打算將來用它研究希格斯玻色子。

日本計劃修建質心能量為500 GeV的國際直線對撞機（ILC，是International Linear Collider的縮寫），還未獲批准。

這裏出現了一個意外。在提出ILC的時候，希格斯玻色子還沒有發現，它的主要目標是尋找新粒子。測出希格斯玻色子的質量是125GeV後，人們發現作為希格斯玻色子的研究工具，直線對撞機不如環形對撞機。於是2012年，中國提出了CEPC-SPPC的構想，CEPC就是環形正負電子對撞機。

按照目前的估計，ILC能在6年中產生20萬個希格斯玻色子，而CEPC能在10年中產生100萬個希格斯玻色子。在預期造價方面，ILC是100億美元，CEPC是400億人民幣。CEPC的價格低於ILC，效率又高於它，這下把ILC擠兑成了雞肋。有業內人士認為，ILC已經死亡。

有人會問了，其他國家為什麼不更改計劃呢？原因是，這類超大型裝置的設計和研製週期非常長，船大難調頭。高能物理的項目經常出現這種情況，大亞灣中微子實驗也是如此。來打個比方，世界粒子物理的主要玩家是歐洲、美國、日本以及剛剛上桌的中國，其他幾位大佬都亮了底牌以後，忽然發現情況有變，原本以為的大牌成了小牌，中國獲得了一個按照最新情況做出最佳組合的機會。這可以算作一個意外的後發優勢。

哎，中國為什麼是個剛剛上桌的玩家？因為以前沒錢。20世紀80年代最著名的北京正負電子對撞機（BEPC）是中國第一台高能加速器，鍛鍊了一代高能物理人才，在τ-粲物理領域取得了不錯的科學成果，但離前沿還有相當的距離。

根據聯合國教科文組織發佈的《2015年科學報告：面向2030》，現在中國的研發經費佔世界的20%，僅次於美國的28%，高於歐盟的19%和日本的10%。我們終於有了比較充足的經費，又通過大亞灣等項目積累了人才，所以才可以上桌去競爭粒子物理的領先位置了。

北京正負電子對撞機

一上桌就遇到這樣一個難得的機會。這個機會的窗口期大約有10年，2015年至2025年。到那之後，如果我們還沒有上馬CEPC，歐洲、美國、日本就該騰出手來了，機會轉到他們那邊，中國再爭取國際合作和經費就困難了。

這樣我們就明白，為什麼對撞機在當前、在中國會成為大熱的議題，是因為機會的輪盤轉到了中國這邊。我們要不要抓住這個機會呢？這就要仔細分析利弊了。

CEPC****的科學目標

先來看利。

在高能物理本身的科學目標方面，CEPC相當於一個效率很高的希格斯玻色子工廠，能夠以比現在高得多的精度測量希格斯玻色子的各種性質。這就可以判斷希格斯粒子是否與標準模型預言一致。同時CEPC還有望首次測量希格斯粒子的自耦合，確定希格斯場參與的真空相變的形式，這對宇宙的早期演化具有重要意義，有助於解決反物質為什麼比正物質少得多的疑問。

有不少人爭論，CEPC能不能發現超對稱粒子。其實，在實驗物理學家看來，這種預測沒有多大意義，因為有很多理論家提出各種理論，而真正能把這個領域推向前進的還是實驗。實驗家做實驗，並不是為了檢驗特定的理論，而是因為這些數據本身很重要。而實驗的結果，也往往出乎事前的預料，重大的發現往往就是這樣產生的。

一個著名的例子，是日本神岡地下實驗。起初它是為探尋質子衰變而建，結果沒有探測到質子衰變，卻探測到了1987A超新星爆炸發射的11箇中微子事例。領導神岡地下實驗的小柴昌俊（Masatoshi Koshiba），因此分享了2002年的諾貝爾物理學獎。

丁肇中與阿爾法磁譜儀實驗

這種態度，非常典型地表現在1976年諾貝爾物理學獎獲得者、粒子物理實驗的國際領導人丁肇中的身上。2016年3月，丁肇中在科大做了一個報告“國際空間站上阿爾法磁譜儀（AMS）實驗的最新進展”，我在現場聽了。他反覆強調的一點，就是人類幾十年之內不會再有機會到太空中探測暗物質，所以他們的實驗一定要做對，給後人留下可靠的數據。目前我們可以確定的只是“這裏有新物理”，而這個新物理是否就是暗物質呢？那還在未定之天。所以關鍵就是，在國際空間站2024年或者2028年壽終正寢之前，抓緊時間，多測數據。

丁肇中在中國科學技術大學報告國際空間站上AMS實驗的最新進展

2005年，NASA的局長認為國際空間站不重要，只有載人到火星上才重要，於是把空間站上的實驗都取消了。丁肇中認為這個決定是錯誤的，要求美國能源部組織了一個評審會，請全美的一流科學家參加，説服了能源部支持阿爾法磁譜儀實驗。航天飛機本來都快退役了，在丁肇中的堅持遊説下，2008年，美國國會通過了一項法律，指定美國政府增加一班航天飛機把阿爾法磁譜儀送到天上去——請注意是法律！

2011年5月16日，阿爾法磁譜儀搭乘“奮進號”航天飛機升空之前，丁肇中請其他所有人都離場，一個人在發射現場沉思了兩個小時：哪裏有可能出問題？每個系統都仔細考慮了一遍。最終得出結論，沒有問題。於是他出來，讓航天飛機起飛。出來的時候，他全身都被汗濕透了。在那兩個小時中，丁肇中相當於獨自面對全人類的一副重擔！這是怎樣的責任，怎樣的沉思！

丁肇中在做完報告以後，有同學問他怎麼看宇宙的起源，大爆炸之前是什麼等等。猜猜看，丁肇中對這些常見問題的回答是什麼？

丁肇中的回答跟公眾習以為常的套路完全不同。他説：這些是理論家的問題，我只關心收集實驗數據，因為沒有實驗數據永遠不可能解答這些問題。我當時不禁暗笑，這位同學問錯人了，這種問題適合霍金這種理論家來回答。

在報告中，丁肇中出示了9張各種宇宙線的流強的實驗結果，包括質子的、He原子核的、C和O原子核的等等。每張他都説和理論結果不符合，相差多遠，可見有新物理云云。他甚至沒有説不符合的是具體哪個理論！

科學意義和經費分配問題

這裏需要強調一下，丁肇中能遊説美國國會通過法律送阿爾法磁譜儀上天，是因為探索暗物質的科學意義非常重大。根據宇宙學家的估算，我們日常所見的物質只佔宇宙總質量的5%左右，現有手段探測不到的暗物質佔27%左右，還有68%左右是更加神秘的暗能量（一種推動宇宙膨脹的能量，相當於反引力）。有些宇宙線粒子的能量比地面上最強大的加速器產生的還要高得多，所以上天探測暗物質是順理成章的設想，所有科學家都認同其科學意義。中國2015年12月發射的“悟空”衞星，也是用來探測暗物質的。

又如中國聚變工程實驗堆（CFETR），它的科學意義也非常明確。建設聚變商業示範堆，徹底解決能源問題，把人類社會推進到下一個大台階，任何人一聽都會覺得它非常重要。所以如果CFETR和CEPC的造價差不多，而兩者只能選一個，那麼大多數人肯定會選擇CFETR。

相比之下，CEPC的科學目標就顯得模糊了些。把希格斯玻色子性質的測量精度提高一個量級，這個目標對於粒子物理學家來説是足夠重要的，但對其他領域的科學家來説就不見得容易獲得承認。在這方面，是應該想辦法改進的。

對於CEPC來説，另一個值得討論的問題，是經費在國家之間的分配。如果全部由中國來出，負擔就比較沉重。而如果有美、歐、日、俄等國共同承擔，這個項目的可行性就大大提高了。國際熱核聚變實驗堆（ITER）就是這樣一個國際分擔的大項目，東道主歐盟出45%，其他六方中、美、日、俄、韓、印各出9%左右。如果我國能説服各國共同投資CEPC，那將是非常好的事。

技術升級是副產品，卻也是重頭戲

大型對撞機在工程方面的好處，其實是對我國十分明確的一項好處。很多人以為大部分儀器要買國外的，成了拉動別國的GDP。實際並非如此，高能物理項目的設備都是自制的，90%以上的錢會花在國內的產品上。這樣會促進中國的技術升級，科研部門也會和企業合作，推進研發。BEPC和大亞灣、江門中微子實驗的研製過程，有很多這樣的故事。CEPC如果啓動得早，甚至可能達到95%的國產率。

舉個例子，江門中微子項目要用2萬個20英寸光電倍增管，這原本是日本公司壟斷的。中科院高能所2008年提出江門實驗時，啓動了“長週期研發”，2011年11月成立了一個產業聯盟。2015年底研製成功，跟中國兵器集團的北方夜視簽訂了一個2億多元的合同。20英寸光電倍增管能提高國防儀器的水平，而且在此過程中突破了不少高精尖技術，對其他研發也有促進。

在BEPC的建設中，有兩個比較顯著的應用成果。一個是國內首個大型超導磁鐵，後來轉移給公司。雖然沒有掙到多少錢，但將國外進口磁共振成像（MRI）的價格拉低到原有的幾分之一。另一個是成飛的高精機牀，精度從200微米提高到20微米，對國防有重要價值。

還可以舉一個美國的例子，費米實驗室做Tevatron對撞機時對超導磁鐵的貢獻。此前超導磁鐵很貴，論公斤賣。費米實驗室按噸買，同時與公司合作，開發了新的技術，使超導價格下降了很多。由此使得MRI實用化，老百姓才用得起。

實際上，CEPC是個大科學工程項目——是工程項目，就需要多應用成熟技術，如果新技術佔的比例太高，項目的可靠性就成問題。這一點與航天相似，而與芯片不同。CEPC用到的工程技術大多是國外已有的，而建好後獲得的科學成果是全新的。既然大部分技術國際上已出現，我們想採用，那就是實用化和國產化的過程。科研機構提供需求，有時候與公司一同解決關鍵研發。大科學工程對國內高技術產業的促進作用主要體現在這裏，而不是投錢去研究全新的技術路線，這樣得到的技術不成熟，不適合工程採用。

大科學工程一個重大的好處是對很多技術提供了需求。有人認為可以分解成各個單項技術去研發，但實踐證明，沒有一個大目標推動是不行的。很多技術在原則上可以實現，但沒有需求，就發展不起來。我們的科學家和工程師之所以願意長期駐廠，推動合作研發，是因為有科學追求。如果心裏沒有科學，大家也許不會那麼拼搏。大科學工程有一個目標後能推動技術進步，而分解開來常常無法取得進展，這就是原因。

總而言之，大型對撞機相當於提供一個加速技術追趕的機會。**因為有推動產業的價值，所以大科學工程並不是許多人理解的純燒錢，實際的淨投入遠不像看起來那麼大。**同樣是燒錢，凱恩斯建議過把鈔票裝在瓶子裏埋到地下，讓失業者挖出來，作為解決失業問題的一個辦法。相形之下，為科學工程燒錢不是更有價值嗎？

吸引全球智力資源

頂級加速器吸引全球科學家的效果也很顯著。由於LHC的存在，CERN目前是全球粒子物理研究的中心，世界各國優秀的粒子物理學家都往那裏跑。在英國物理學會評選的2015年世界十大物理學突破中，五夸克態粒子的發現就是中國、歐洲和美國科學家共同努力的成果。清華大學工程物理系的高原寧教授、張黎明副教授和楊振偉副教授等人在分析實驗數據時，由於方法上的創新，首先意識到了五夸克態的信號。

十八屆五中全會提出的“十三五”規劃建議中，列入了“積極提出並牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程”，大型對撞機正是一個契合的選擇。大型對撞機可望吸引全世界幾千名頂級科學家定居和經常訪問中國，大大有助於中國建成世界科學中心，在這方面的作用比幾所世界一流大學的作用都要大。

國家品牌的提升

還有一個利益，是一般人不常想到的：對國家品牌的提升。一個國家最重要的品牌，其實就是這個國家本身。為什麼許多人一提到德國貨、日本貨、美國貨就覺得高端，願意以更高的價格買？這就是國家品牌的力量。其實這些國家的商品歷史上都曾經是劣質貨的代名詞，是靠全國持之以恆的努力一點點提升起來的。企業要做廣告，國家也要做廣告。2008年北京奧運會壯麗的開幕式驚豔全世界，就是中國做得很成功的一場廣告。APEC、G20等國際會議，也是一種國家廣告。這些廣告只能持續幾天，花費也不少。相比之下，大型對撞機的廣告效果長達幾十年，是不是更有價值呢？

**基礎研究的世界領先地位，會提升中國的國家品牌，從而提高所有中國商品的市場價值。**外國人會覺得，這個國家的科技很先進，買他們的產品靠得住，有面子，花更高的價錢買是應該的。這個利益難以定量計算，但肯定存在，對國家的長遠發展具有不可替代的作用。

楊振寧對王貽芳

下面來討論建設大型對撞機的不利因素。在這方面，楊振寧2016年9月4日在微信公眾號“知識分子”發表的文章楊振寧：中國今天不宜建造超大對撞機 | 獨家可以作為一個集大成者，他的意見當然是非常值得重視的。王貽芳2016年9月5日同樣在“知識分子”發表了一篇文章王貽芳：中國今天應該建造大型對撞機 | 獨家，逐點做出了回應。下面我們來分析雙方的攻防。

（1）電子加速器與質子加速器

楊振寧的第一點意見是，美國的超導超級對撞機（SSC）下馬，浪費了30億美元，使大家普遍認為造大對撞機是進無底洞。王貽芳回應，過去50年間，不成功的都是質子加速器，而電子加速器都是成功的。這是因為質子加速器較為複雜，對超導技術的前瞻與預估較難，不易在技術、造價與指標上有恰當的把握。中國的大型對撞機第一階段是電子對撞機CEPC，所以把握很大。至於第二階段的質子對撞機SPPC，只是在CEPC發現新物理跡象的前提下才考慮建造，時間都到2040年了，現在談論它的價格意義不大。我覺得王貽芳的解釋有道理，當然最終的造價肯定還需要更多的研究。

（2）民生問題不應用於否定基礎研究

楊振寧的第二點意見是，中國還是發展中國家，農民問題、環保問題、教育問題、醫藥健康問題等等更需要錢。王貽芳回應，民生問題當然要解決，但也要考慮長遠，要有合適的比例進行基礎科學研究。他後面舉的建造大型對撞機的好處，在高能物理和相關技術領域領先國際，使重要產品國產化，吸引國外智力資源，培養頂尖人才，在十年內是機遇時間窗口等等，都在本文前面有介紹。我在這裏特別想説的一點是，民生和基礎研究的關係是一個經典的問題。

1970年，贊比亞修女 Mary Jucunda 給NASA的Marshall太空航行中心科學副總監Ernst Stuhlinger寫了一封信，問道：地球上還有這麼多小孩子吃不上飯，怎麼捨得為火星項目花費數十億美元？Stuhlinger給修女回了信，其中説道：

在400年前，德國某小鎮裏有一位伯爵。他是個心地善良的人，他將自己收入的一大部分捐給了鎮子上的窮人。這十分令人欽佩，因為中世紀時窮人很多，而且那時經常爆發席捲全國的瘟疫。一天，伯爵碰到了一個奇怪的人，他家中有一個工作台和一個小實驗室，他白天賣力工作，每天晚上的幾小時的時間專心進行研究。他把小玻璃片研磨成鏡片，然後把研磨好的鏡片裝到鏡筒裏，用此來觀察細小的物件。伯爵被這個前所未見的可以把東西放大觀察的小發明迷住了。他邀請這個怪人住到了他的城堡裏，作為伯爵的門客，此後他可以專心投入所有的時間來研究這些光學器件。

然而，鎮子上的人得知伯爵在這麼一個怪人和他那些無用的玩意兒上花費金錢之後，都很生氣。“我們還在受瘟疫的苦，”他們抱怨道，“而他卻為那個閒人和他沒用的愛好亂花錢！”伯爵聽到後不為所動。“我會盡可能地接濟大家，”他表示，“但我會繼續資助這個人和他的工作，我確信終有一天會有回報。”

果不其然，他的工作（以及同時期其他人的努力）贏來了豐厚的回報：顯微鏡。顯微鏡的發明給醫學帶來了前所未有的發展，由此展開的研究及其成果，消除了世界上大部分地區肆虐的瘟疫和其他一些傳染性疾病。

……每年，都有大概一千項從太空項目中發展出來的新技術被用於日常生活中，這些技術打造出更好的廚房用具和農場設備，更好的縫紉機和收音機，更好的輪船和飛機，更精確的天氣預報和風暴預警，更好的通訊設施，更好的醫療設備，乃至更好的日常小工具。你可能會問，為什麼先設計出宇航員登月艙的維生系統，而不是先為心臟病患者造出遠程體徵監測設備呢？答案很簡單：解決工程問題時，重要的技術突破往往並不是按部就班直接得到的，而是來自能夠激發出強大創新精神，能夠燃起的想象力和堅定的行動力，以及能夠整合好所有資源的充滿挑戰的目標。

太空旅行無可置疑地是一項充滿挑戰的事業。通往火星的航行並不能直接提供食物解決饑荒問題。然而，它所帶來大量的新技術和新方法可以用在火星項目之外，這將產生數倍於原始花費的收益。

我完全贊同這封以《為什麼要探索宇宙》為標題的回信的觀點。廣而言之，基礎研究的重要性不適合拿來和民生項目相比。如果要這麼比的話，不止是高能物理，許多其他領域如航天、宇宙學、考古也都不應該發展了。這會大大限制我們的眼界，讓我們成為目光短淺、缺乏想象力的民族，不知在什麼時候就會像明朝清朝那樣錯失戰略機會。當然，這並不是説所有的基礎研究都必須支持。資源總是有限的。我的意思是，應該在科研項目之間做取捨，而不是在科研與民生之間做取捨。如果一定要把科研和民生拿來比較，那麼請問，奢侈品、煙酒、房地產、迷信花費等等是不是更應該為民生讓路呢？

（3）擠壓其他基礎科學的經費

楊振寧的第三點意見正與此相關：建造超大對撞機必將大大擠壓其他基礎科學的經費，包括生命科學、凝聚態物理、天文物理等等。王貽芳回應：“中國的基礎研究經費目前佔研發經費的比重大約是5%，國際上發達國家一般是15%。我們是發展中國家向發達國家邁進，同時又是一個大國，我認為應該逐步增加到10%，直至最後向15%邁進。所以從數字看，基礎研究經費還有巨大的增長空間（大約每年1000億人民幣以上），不存在擠壓其他基礎科學研究經費的情況。”這話前面的意思是很正確的，我國的基礎研究經費有巨大的增長空間，後面其實有些過分修辭。經費再怎麼增長，跟其他科研領域總是有競爭關係的。讓我們先來看楊振寧和王貽芳的其他四點意見，最後再回到這個中心問題上來。

（4）尋找超對稱是大型對撞機的目標嗎？

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楊振寧的第四點意見是：多數物理學家認為超對稱粒子的存在只是一個猜想，沒有任何實驗根據，希望用極大對撞機發現此猜想中的粒子更只是猜想加猜想。王貽芳的觀點是：“粒子物理目前的標準模型只是一個在低能情形下的有效理論，需要繼續發展更深層次的理論，雖然現在已有一些超出該模型的實驗證據，但需要更多的實驗證據指明未來的發展方向。……無論LHC是否發現新物理，CEPC都是需要的，這是粒子物理發展中跳不過去的一步。對我們實驗物理學家來説，我們會關心理論物理學家的預言，但絕不會依賴他們。現在就預言對撞機會發現或不會發現猜想中的粒子，有點過於武斷了，這也不是國際高能物理學界的主流意見。”這實際上就是前述的丁肇中的態度。

這裏可以再講得清楚一點。對大型對撞機的一個常見的誤解，就是它是用來找超對稱粒子的，找不到就失敗了。實際上，實驗物理學家的目標並不依賴於特定的理論。他們只是認為前面一定有東西，無論目前有多少種理論、這些理論有沒有預言這些東西，這些東西都應該去尋找。這跟造核武器完全是兩回事，那是實現一個具體的工程目標，造不出核武器就是失敗。而科學探索是沒有失敗可言的，本來就不是一定要找到某個東西，關鍵是要去找，找到什麼都是成功。

其實超對稱理論和超弦理論只是一個統稱，在內部有很多種不同的理論。在超對稱和超弦之外，還有不少其他的高能物理理論，例如我的科大師兄、麻省理工學院物理系文小剛教授提出的弦網理論，又如中國科學院卡弗裏理論物理研究所所長吳嶽良院士提出的引力量子場論。每次重要的實驗結果，都會否定許多理論。因此，大型對撞機怎麼會把自己的命運寄託在單獨一個理論上呢？獲得基礎數據才是實驗物理的常態，獲得重大突破是意外。雖然我們希望有這個意外，但不能以意外為唯一目標。

（5）科學最本質的源泉是人類的好奇心，而不是現實福利

楊振寧的第五點意見是，高能物理的大成就對人類生活沒有實在好處。王貽芳回應，CEPC的建設可以使我們在許多技術方面實現國產化，並領先國際。這裏實際上雙方談的不是同一個問題。

在我看來，應該坦率地承認，高能物理的成就對人類生活確實沒有實在的好處。但是，我們也應該接受，對人類生活沒有實在好處的科學也是有價值的。**科學最本質的源泉是人類的好奇心，而不是現實福利。**歐幾里得幾何學、牛頓力學、相對論、量子力學對人類世界觀的震撼、帶來的精神上的滿足，本身就是一種巨大的價值。研究高能物理需要很高的素質，卻又發不了財，選擇這條道路的人大都屬於“情懷黨”，好奇心的滿足就是對他們最大的回報。因此我覺得，楊振寧指出的這一點確實是個問題，不應該回避，但也不應該因此就否定大型對撞機。這可以算作一個缺點，但這個缺點是可以承受的，不應一票否決。我們應該理直氣壯地向公眾宣傳科學在實用之外的本身的魅力。

事實上，許多普通人對宇宙的歷史、物質的結構、生命的起源等基本問題很有興趣。在《時間簡史》上千萬的購買者中，大多數是看不懂這本書的，但他們關心這些基本問題。我有一位同事，每次回老家的時候，他初中文化程度的表哥都會問他很多關於宇宙、基本粒子的問題。這樣的人可能不會在網絡上發言，卻構成了“沉默的大多數”。好奇心是人類最深刻的動機之一，為這個動機做事，探索宇宙最深層的奧秘，為“沉默的大多數”提供解答，難道不是一項高尚的事業嗎？

（6）中國人能主導大型對撞機項目嗎？

楊振寧的第六點意見是，大型對撞機的設計、運轉和分析，會由外國人主導。王貽芳的回應是，高能所有三十多年正負電子對撞機的經驗，提出CEPC是經過深思熟慮的。CEPC-SPPC的設想是中國科學家2012年提出的，得到國際上的積極響應與支持，目前已經完成了《初步概念設計報告》。將來70%的工作將由中國人主導完成。

在這個問題上，我傾向於相信王貽芳的判斷，因為他是做實驗的，有過不少大工程的組織經驗，而楊振寧是理論家，又已屆高齡，對實驗前沿的熟悉程度可能不如第一線的實驗家。不過無論如何，CEPC對中國是個重大的跨越，並不是單憑出錢多就能主導的，許多技術需要攻克，這是需要我們付出巨大的努力去實現的。

（7）探索大型對撞機之外的方向？

楊振寧的第七點意見是，不建大型對撞機，高能物理還至少有兩個不那麼費錢的方向值得探索：尋找新加速器原理和尋找美妙的幾何結構。王貽芳的回應是，新加速原理在高能對撞機方面，無論是束流品質還是能量利用效率，都還有太長的路要走。“幾何理論”與實驗相距太遠，不是我們現在考慮的問題。

在這個問題上，我理解王貽芳的立場。其他的加速器原理當然都歡迎，如尾場加速、繆子加速器，但只要還不到實用化的程度，就不能代替CEPC。這層意思已經包含在他前面這句話裏了：“無論LHC是否發現新物理，CEPC都是需要的，這是粒子物理發展中跳不過去的一步。”新理論當然也應該尋找，不過這是理論家的事，實驗家的實驗還是照做不誤。

科學內部的良性競爭才是核心問題

分析完楊振寧和王貽芳的七點“針鋒相對”，讓我們回到大型對撞機擠佔其他科研經費的問題上。在我看來，這才是最核心的問題，值得認真對待。

如果説，因為中國每年科研經費增長很多，大型對撞機就不擠佔其他科研領域的經費，那麼這話是不合適的。蛋糕雖然在增大，但為什麼要把增量都給你呢？其他領域也想得到增量嘛。

其實大型對撞機不僅與高能物理之外的領域有競爭，與高能物理內部的“非加速器物理”（如中微子探測）也有競爭。不但如此，就是在加速器物理內部，也有其他的方案，例如建設一箇中等規模的加速器，造價比CEPC低一個數量級，能量跟北京正負電子對撞機相近，而亮度提高一個量級。這樣可以研究另外一些科學問題，同樣可以鍛鍊隊伍，保持人才，而實現起來會穩妥得多。

實際上，所有的科研項目之間都存在競爭。前述NASA為了載人火星計劃砍掉國際空間站的實驗，就是一個例子。我們應該承認這種競爭。更重要的是，我們應該鼓勵這種競爭！

這裏的關鍵是，不同領域的科學家之間不應該互相拆台，説別人的東西沒有意義、浪費錢之類。這屬於惡性競爭，損人不利己，最終的結果是總的科研經費下降，對社會整體不利。應該開展的是良性競爭，每個學科提出自己的項目，向社會和政府宣傳，讓政府在多個好的選項中選擇。選的是好和更好，而不是好和壞。

美國阿貢國家實驗室周華博士2016年9月發表了一篇文章《中國大科學工程迎來“黃金十年”》（http://www.guancha.cn/zhouhua1/2016_09_14_374338_s.shtml），把我們的視野擴展到若干項其他的大科學工程：

從上世紀末（“九五”計劃期間）零星的浮現，時至2016年（“十三五”規劃起始）如雨後春筍般湧現，上海光源，全超導託卡馬克裝置，重離子加速器裝置，超大球面射電望遠鏡，中微子探測，散裂中子源，X射線自由電子激光等大科學裝置漸漸為中國科學家津津樂道而同時讓公眾也能探知一二。僅中科院主導建設的就已完成16項，而在建及批准立項的又有14項，資金投入都至少在一兩億人民幣以上，最高的已超過20個億。

……在浮出和即將浮出水面的一批大科學裝置中，引人關注而且能調動極廣泛領域積極性的具有強大支撐能力的公共實驗設施包括上海光源線站工程（上海），散裂中子源及實驗站（廣東），衍射極限環高能光源（北京）和X射線自由電子激光光源及實驗站（上海／北京）。

……這些開放的公共實驗設施將服務極為廣泛的物質和生命科學領域（諸如物理、化學、材料、先進製造、能源、環境、氣候、地質、蛋白質工程和製藥等等）的基礎研究，應用基礎研究和應用研究，對突破關鍵性技術難題，改善社會發展瓶頸性問題和催生戰略性新興產業都將產生極深遠的影響（而且相對高效，雖然也很可能要10年以上的時間）。

這就是非常好的思考格局。**與其圍繞着大型對撞機這一個項目爭論不休，不如放出許多個科學項目，讓各個領域的科學家們為自己宣傳、拉票。**如果説人民總是有八卦的需求，那麼八卦科學，豈不比八卦明星、網紅高明得多嗎？

在我看來，大型對撞機項目可以被其他科研項目擊敗，但不應該被民生理由否決。只要有多個研究項目在公平自由地競爭，而且每個項目都把自己的好處論述清楚了，那麼競爭的結果無論是什麼，都是國家的成功。

中國科研的大圖景

最後，讓我們來看一下，中國科研總的池子有多大。根據《2018年國民經濟和社會發展統計公報》，全年研究與試驗發展（R&D）經費支出19657億元，比上年增長11.6%，與國內生產總值之比為2.18%，其中基礎研究經費1118億元，佔總研發支出的5.69%。

王貽芳指出，發達國家基礎研究經費佔總研發經費的比例一般在15%左右，我們應該向這個方向逐步邁進。我完全同意這個觀點。此外，在世界各個科技大國中，中國的研發經費佔GDP的比例（即“研發投入強度”）處於中間偏下的位置，跟法國相近，高於英國、加拿大、西班牙，低於美國、德國、日本、韓國、瑞士。

韓國和以色列的研發投入強度是全球最高的，超過4%。韓國是一個有志者事竟成的好例子，自然資源並不佔優勢，是靠超強的國家意志和民眾努力硬推成發達國家的。我們應該承認，韓國人的進取精神值得學習，韓國幾十年來的快速發展是和高強度的研發投入密不可分的。所以，中國應該取法乎上，大幅度地提高研發投入強度。這應該作為一個重要的長期目標，經常向社會宣傳。

中國總的科研經費在不斷增長，其中基礎研究經費佔的比例在不斷增長，大科學項目也在不斷提出和建設。一花獨放不是春，百花齊放春滿園。讓科學界公開、自由地開展良性競爭吧！鷹擊長空，魚翔淺底，萬類霜天競自由！