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【讨论】 160910从杨振宁先生关于巨型对撞机的建议说起

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最近关于中国是否应该建造巨型对撞机的讨论很多,刚刚看了吧里一篇称呼杨振宁先生为“叫兽”的帖子,想了想,也想再开一个讨论。


IP属地:河南1楼2016-09-10 17:34回复
    首先应该贴出的是美籍华人,也是国际知名数学家,丘成桐先生的文章,《我为什么期望中国建设巨型对撞机》


    IP属地:河南2楼2016-09-10 17:35
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      谢谢各位领导,也很感谢诸位一早跑来听我这个演讲。今天我讲的题目是《数学、现代物理与对撞机》。
      之所以要谈对撞机,是因为我近两年来,很希望中国能够引进实验物理最重要的项目——对撞机到中国来。因此,我跟我的朋友史帝夫·纳迪斯(Steve Nadis)写了一本书。这本书出了英文版,名字叫From the Great Wall to the Great Collider: China and the Quest to Uncover the Inner Workings of the Universe ,中文版再过一两个月也能出来。
      以下只截取他谈论对撞机的部分


      IP属地:河南3楼2016-09-10 17:35
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        去年,我和诺贝尔物理学奖得主戴维·格罗斯(David Gross)在北京开会的时候,他建议我的书取“From the Great wall to the Great Collider”这个名字,因为伟大的实验要跟万里长城一样,万里长城是经过两千年慢慢构造完成的伟大建筑,巨型对撞机也要花很多时间。我们希望十几年能够建成,能建在山海关附近,但中国政府做对撞机的准备还不是很充足。
        我们为什么要考虑建对撞机,因为它是世界有史以来最强大的机器,是全世界和我们国家实验物理学家一同来做的一个项目,可以讲是世界最大的机器。假如你去过日内瓦的欧洲核子研究中心(CERN),会发现他们的机器真的蕴藏着伟大的结构,那是由七八千位物理学家一同做出来的机器。由于它的目标是揭示小的宇宙的奥秘,所以也是一个很重要的机器,是要研究整个物理学领域的机器。
        我为什么期望中国建巨型对撞机
        那么我现在就来讲讲实验物理。其实我对实验物理完全不了解。我记得1990年我到日内瓦去,当时他们向我介绍了一个周长27千米的环形隧道,现在叫LHC,意思是“大型强子对撞机”,它在一个圆圈里边加速粒子。他们用了很多精深的说法,结合了几千个有学问的物理学家,包括理论物理学家跟实验物理学家,给我留下了深刻的印象。从一九八几年开始,又过了二三十年,直到前年,LHC终于实现了最伟大的承诺,就是发现了希格斯玻色子(Higgs boson),终于完成了粒子物理所谓的“标准模型”。这样,所有标准模型里出现的粒子都在大型对撞机里边完成了。
        有时候,这个粒子被叫做“上帝粒子”,好几个物理学家都对它的发现做出了重要贡献,他们也因此得到了诺贝尔奖。所以在某种意义下,他们完成了一个很重要的理论,叫做标准模型。标准模型是很多学者一同完成的,不是一个人完成的。可以讲,标准模型是物理学上最成功的理论,它从量子力学和量子场论解释了很多重要的结果,对粒子物理是一个很成功的描述。但是整个标准模型,没有办法能去了解引力场。同时我们晓得,现在标准模型能够描述的粒子,只是我们在地球上看到的粒子,这些粒子占全宇宙物质的比例不超过5%,因此留下了到现在还是一个宇宙之谜的暗物质和暗能量问题。


        IP属地:河南4楼2016-09-10 17:37
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          从这篇文章中,我们可以总结出以下观点。
          日内瓦的对撞机能量达到上限以后,就不可能再继续下去了,要重新再建一个能量更大的机器。我们期望这个机器能够建起来,能量能够提升五到十倍以上,所以整个轨道大概也要一百公里。大家希望在这个过程里能发现更深的物理,希望能找到超对称粒子。我想这可能会是21世纪最重要的科学发现。可是超对称是不是找得到,是个很大的问题。假如能够找到的话,我想这比起其他的科研还要重要,因为它能使我们对整个宇宙的结构有更深的了解。
          到现在为止,人们还没有做好解答上述问题的准备,所以物理学家就提出建对撞机来研究这个问题,我们把它叫做巨型对撞机。
          即:这项工程没有实用化收益,另一方面,他也不确定是否真的会有成果。


          IP属地:河南7楼2016-09-10 17:38
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            我们通过不同的渠道跟国家领导人提出建这个机器的请求,跟中央组织部部长、科技部部长和中国科学技术协会主席都谈过。我们讨论中间的困难,一个很重要、很值得鼓舞的事是他们没有反对,或者说没有直接反对。这么大型的机器,投资那么大,没有直接反对就是一个很好的开始。其实我觉得,如果中国现在能够有一个大型的合作,那么全世界的学者都会期望到中国来。
            即:认为这项工程可以吸引“五六千名各国一流科学家为做实验举家迁往中国,且长期居住”。从而对我国高等物理发展起到深远作用。


            IP属地:河南8楼2016-09-10 17:40
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              最后一点“完成一个重大的事业是一个大国应当做的事情”
              即:称赞了中国的经济实力,表达了,虽然这项工程耗费巨大,但是我国有经济实力支持的观点。


              IP属地:河南9楼2016-09-10 17:40
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                根据丘先生的文章,杨振宁先生作出了回应,《中国今天不宜建造超大对撞机》


                IP属地:河南10楼2016-09-10 17:41
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                  对比两位的文章,我们可以发现,他们在一些观点不同的,但是对于一些问题的看法也有共同点。


                  IP属地:河南12楼2016-09-10 17:42
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                    两位都承认这项工程花费成本会比较高,但是杨先生认为成本过高,邱教授认为中国有能力承担。
                    两者都承认短时间内难以出现实用化成果。
                    对于目前中国高等物理学的现状,两位也都承认“目前中国高等物理学者不足世界1%,项目建成后必然为外国人主导”但是不同在于,杨振宁先生认为这种情况花费巨资建设大型对撞机恐为他人做嫁衣,而邱教授则更看重“项目在技术发展和人才引进方面的巨大效益”


                    IP属地:河南13楼2016-09-10 17:43
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                      这篇文章是针对杨振宁先生的文章逐一做了反驳,这篇文章有一些主观的地方,比如“使一代美国人失去了梦想的勇气”等,这里我们不做评论,接下来,王孟源先生发表了针对王所长的文章《王孟源:回答王贻芳所长,高能所更该攻克什么技术》


                      IP属地:河南17楼2016-09-10 17:46
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                        由于篇幅过长,我们摘取两者进行辩驳的地方来阅读。
                        王孟源先生对于王所长的“虽有超支,但并不是太多”所作出解释,“SSC被裁之后,LHC仍然继承了高能物理低估预算的传统,不过在程度上汲取SSC的教训而轻了些。在1998年开建时预算是26亿美元,到2008年完工实际花费了90亿美元(相当于101亿2016年美元币值),超支比率只有346%。”并且指出了王所长计算中一个很严重的问题,没有计算通货膨胀。而在这种投资巨大,耗时漫长的项目中,这是很重要的影响因素。


                        IP属地:河南20楼2016-09-10 17:48
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                          然后谈及王所长的说法“建造大型对撞机的科学目标自然不是杨先生所说的那样。在我亲手交给杨先生的《CEPC初步概念设计报告》(英文)【1】中,我们清楚地描述了科学目标。简 言之,粒子物理目前的标准模型只是一个在低能情形下的有效理论,需要继续发展更深层次的理论,虽然现在已有一些超出该模型的实验证据,但需要更多的实验证 据指明未来的发展方向。目前已知的标准模型中的问题,大部分与希格斯粒子有关,因此更深层次的新物理应该会从希格斯粒子处露出蛛丝马迹。”而王孟源先生则认为:“CEPC的理由不是要找超对称粒子,而是要研究Higgs;这又是玩弄语法的例子。CEPC的能阶与LHC相当,LHC找不到超对称粒子,那么CEPC当然也找不到。懂高能物理的读者都知道杨先生指的是SSPC;所以王所长真正应该回答的问题是SSPC的科学目标是什么?”王孟源(以及部分学者)认为把精度提高十倍就能有新发现是很渺茫了。


                          IP属地:河南22楼2016-09-10 17:49
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                            这一部分要注意两个问题。第一王所长对杨振宁先生的辩驳,也有一些问题。因为杨振宁先生的文章是针对丘教授而写的,丘教授文章中反腐强调“超对称粒子”那么杨振宁先生的回应也自然要基于丘教授的文章。
                            另外涉及另一个问题,LHC 是强子对撞,我国准备建的应该会是正负电子对撞机的升级版,也还是电子对撞,电子对撞相对于强子对撞的优势是,相对而言背景更干净,效率更高,但是由于电子轻得多,加速过程中损失的能量也更大,因此能够最终达到的能量要低得多。(TC居然是屏蔽词


                            IP属地:河南23楼2016-09-10 17:51
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                              至于王所长说说的建设大型对撞机带来的好处,是这么说的“。没有高能物理,就没有同步辐射光源(发展自正负电子环形对撞机)、自由电子激光(发 展自正负电子直线对撞机)和散裂中子源等装置,我们现在的许多生物、地质、环境、材料、凝聚态等方面的进步就无从谈起。没有高能物理,今天在医院里的很多 检查与治疗(MRI,PET,癌症的放射性治疗等)就不会存在,或者不会那么先进,或者会推迟出现,许多人的生命会被缩短,生活质量会被降低。没有高能物 理,就没有(或者推迟出现)触摸屏,智能手机就是一个梦想;没有高能物理,就没有WWW网页,大家就不能上网,网络经济更是无从谈起。人类从WWW网页中 得到的收益,已远远大于此前对高能物理的全部投入。”实际上大家也能看出来,大型对撞机而直接带来的好处很少,即王孟源所说的“理工科出身的人都应该明白这个道理:现代科技已经极度专精,同样是超导磁铁,用在对撞机和用在磁浮列车上的就不完全一样,而真正困难的研究,就在于这些不一样的地方。王所长列举的一些技术,全都是对撞机专用的,若要转移到实体工业上,所需的研究等同从头开始,实在远不如把那几千亿人民币直接投入有实际需要的方向。”


                              IP属地:河南24楼2016-09-10 17:52
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