曹天予

最近，數(shù)學(xué)家丘成桐和物理學(xué)家楊振寧，就中國是否應(yīng)該建造高能對撞機，發(fā)表了針鋒相對的意見，引起公眾的興趣。他們的分歧牽涉到一系列與科技決策有關(guān)的重大問題，值得嚴(yán)肅討論。

本文將參照美國上世紀(jì)90年代初圍繞超導(dǎo)超級對撞機（SSC）的辯論，以及作為其背景的美國高能物理及其政策環(huán)境的歷史演變，就丘-楊間的核心分歧發(fā)表幾點看法，以求教于兩位學(xué)者和關(guān)心此事的公眾。

90年代初，我與高能物理史家薩姆·施韋伯（Sam Schweber）一起，對當(dāng)時粒子物理正在經(jīng)歷的變化產(chǎn)生了興趣。一開始，我主要從粒子物理的理論發(fā)展來探討其概念基礎(chǔ)的深刻變化，而薩姆則有意進一步討論這一內(nèi)生變化與外部環(huán)境變動之間的互動關(guān)系。后者主要指美國科技政策的演變，包括國際國內(nèi)環(huán)境和政策主導(dǎo)思想的變化。

經(jīng)過兩年多的調(diào)查研究，包括對30余位粒子物理領(lǐng)軍學(xué)者的訪談，我們的看法基本成熟，即粒子物理正在經(jīng)歷深刻的轉(zhuǎn)型。1992年夏天，我們向物理學(xué)家韋斯科夫（Victor Weisskopf）提議，由他出面，在美國藝術(shù)與科學(xué)院（American Academy of Arts and Sciences）召開一次20余人的小型專題討論會，就此看法展開討論。

討論會籌備之初，正值SSC上馬下馬辯論漸臻白熱化。到正式開會那天（1993年11月6日），SSC敗局甫定，但以史蒂文·溫伯格（Steven Weinberg）為代表的支持方，與以卡德納諾夫（Leo Kadananoff）和威爾遜（Ken Wilson）為代表的反對方，仍然就各自立場的基本理念進行了激烈的辯論。

這一辯論的主要內(nèi)容和各方立場，實際上是美國高能物理學(xué)界60年代大辯論的翻版。差別只在于30年后形勢已轉(zhuǎn)為對支持方大為不利。當(dāng)前引起中國公眾關(guān)注的丘-楊二位美籍華裔學(xué)者的分歧，可以視為同類辯論的微縮版。因此，美國60年代和90年代辯論中提出的種種說法，也許對當(dāng)前國內(nèi)圍繞丘-楊分歧展開的討論有點參考價值。

從60年代到90年代，美國學(xué)界、公眾和政府，對是否支持建造極其昂貴的高能（加速器）對撞機，有四條普遍認同的標(biāo)準(zhǔn)：科學(xué)價值、應(yīng)用價值、社會價值和（資源一人才）代價。分歧主要集中在如何判斷高能對撞機可能為社會提供的價值。

粒子物理興起之初，即從二戰(zhàn)結(jié)束到50年代末，主要任務(wù)是理解核力。由于以下幾個原因，耗費巨資的高能加速器，得到政府無保留的支持。

首先，粒子物理作為核物理的延伸，有原子彈在二戰(zhàn)中作用的背景，又在蘇美對峙的冷戰(zhàn)語境中，被認為對國家安全（應(yīng)用價值）和國際威望（社會價值）至關(guān)重要。

其次，大批在戰(zhàn)時與軍方合作密切的物理學(xué)家，戰(zhàn)后進入了政府高層咨詢.決策機構(gòu)，成為高能物理在政府中強有力的代理人。

最后，科技政策的主導(dǎo)思想，是以戰(zhàn)時負責(zé)軍事研發(fā)的布什（Vannevar Bush）為代表的對還原論的崇拜：即認為，基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展，會自動地帶來技術(shù)、工業(yè)、經(jīng)濟的繁榮和社會福利；而粒子物理則是一切基礎(chǔ)科學(xué)的基礎(chǔ)，應(yīng)該得到政府無條件的支持。

粒子物理的獨尊地位，到60年代初就受到嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。1963年，橡樹嶺國家實驗室主任阿爾文·溫伯格（Alvin Weinberg）發(fā)表文章指出，基礎(chǔ)科學(xué)必須對鄰近學(xué)科有用或有相關(guān)性才值得支持；但高能物理對鄰近學(xué)科（核物理）的貢獻極為有限，遠遠不如分子生物學(xué)對其鄰近學(xué)科（如醫(yī)學(xué)）的貢獻；而其對技術(shù)和福利的貢獻則幾乎為零。

楊振寧親歷60年代的大辯論，當(dāng)然知道那時的學(xué)者、公眾和政府都已明白，粒子物理不但不可能自動地帶來技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟的進步，就連原子物理、核物理所具有的在原子能、核彈方面的那些應(yīng)用價值，也一點都沒有。這就是為什么美國政府，從1967年起就開始削減對粒子物理的支持。

當(dāng)時的一些學(xué)者，如漢斯·貝特（Hans Bethe），施溫格（Julian Schwinger）和維斯科夫（Victor Weisskopf）等，為粒子物理辯護時所訴諸的，主要是“物理前沿”“對自然的基本理解”“發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律”“提供統(tǒng)一的世界圖像”等還原論理據(jù)。

由于歷史原因，這些理據(jù)，對于長期受還原論思想浸潤的粒子物理學(xué)家、政府官員和一般公眾，具有不容低估的說服力。直到今天，丘成桐為對撞機游說時所依賴的，主要也還是這些還原論的理據(jù)。

但是，這些理據(jù)，由于安德森（Philip Anderson）1972年在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的一篇文章，在物理學(xué)界的影響力迅速衰退。

安德森的基本思想是：每一領(lǐng)域內(nèi)的基礎(chǔ)研究，是理解該領(lǐng)域現(xiàn)象的必要條件，必須支持。但不同領(lǐng)域間的還原，由于尺度不同和復(fù)雜性的牽扯，不可能導(dǎo)致（復(fù)雜領(lǐng)域從簡單領(lǐng)域出發(fā)的）重構(gòu)。

因此，粒子物理盡管在還原論的意義上是最基礎(chǔ)的領(lǐng)域，對其它領(lǐng)域的研究卻不可能提供什么幫助，因而不應(yīng)該享有任何特權(quán)。

當(dāng)時的這些辯論，并沒有影響粒子物理自身的發(fā)展。其最大成就，就是從60年代到80年代逐步確立起來的標(biāo)準(zhǔn)模型。吊詭的是，這一粒子物理史上最偉大的成就，卻把粒子物理帶人了最深刻的危機。

首先，成功推高了期望。如果使用還原論的方法，通過引入恰當(dāng)?shù)膶ΨQ性，可以得到弱電統(tǒng)一理論；那么進一步引入更大的對稱群，理應(yīng)導(dǎo)致更為成功的統(tǒng)一理論的發(fā)現(xiàn)。但實際上，統(tǒng)一弱電理論和（處理超強相互作用的）色動力學(xué)的種種努力，統(tǒng)歸失敗，更不必提統(tǒng)一所有自然規(guī)律的理論了（Theory of Everything）。

于是，粒子物理學(xué)家面臨的形勢是：在標(biāo)準(zhǔn)模型范圍內(nèi)，一切都對，因此已經(jīng)沒有什么開創(chuàng)性的工作可以做了；而一旦超出標(biāo)準(zhǔn)模型，則什么都錯，即除了數(shù)學(xué)玄思以外，也無從做起。期望的落空導(dǎo)致對（還原論）方法的懷疑。后者更因粒子物理的內(nèi)部發(fā)展而強化。

我這里指的主要是對稱破缺、重整化群、脫耦定理和有效場論。脫耦定理和有效場論的興起，有力地支持了安德森的涌現(xiàn)論立場：即就自然規(guī)律而言，物理世界是個由大體上相互獨立的層次構(gòu)成的等級結(jié)構(gòu)。

如果在粒子物理領(lǐng)域內(nèi)，高能過程對低能區(qū)的影響可以忽略不計（脫耦），那它們對其它物理領(lǐng)域就不可能有任何影響。僅此一條，就使上文提到的為對撞機做公關(guān)的還原論說辭失去了依托。

標(biāo)準(zhǔn)模型的主要創(chuàng)立者之一格拉肖（Sheldon Glashow）在我組織的《量子場論的概念基礎(chǔ)》討論會（1996年3月）上指出：“粒子物理已經(jīng)不再研究（在自然界）發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)，而是研究用可觀代價制造出來的物質(zhì)。

τ輕子或W介子永遠不可能有實際用處。K介子發(fā)現(xiàn)已有半個世紀(jì)了，從來沒有得到任何實際應(yīng)用。（這類研究）不是對可帶來繁榮的經(jīng)濟活動的有效投入，而是象喝蘇格蘭威士忌或聽歌劇那樣的純粹支出：享受起來很舒服，但它提取而不是增加經(jīng)濟資源?！?/p>

其次，成功還帶來了幻覺，以為公眾和政府還會像“黃金時代”（戰(zhàn)后到60年代）一樣，毫無保留地支持對無窮無盡物質(zhì)奧秘的一切奢華探索。

而實際上，由于冷戰(zhàn)的結(jié)束和蘇聯(lián)的消失，粒子物理的進一步發(fā)展對美國殘留的唯一價值，即國際威望（社會價值），已經(jīng)毫無意義。為此所需付出的（人才和資源上的）代價，在新的國際形勢下，即西歐和東亞的經(jīng)濟崛起及它們在國際市場上與美國的殘酷競爭，對美國來說已經(jīng)成為不可承受的負擔(dān)。

因此，美國的科技決策界，經(jīng)過30年的猶豫（其中高能物理學(xué)界作為既得利益集團的壓力不容低估），到了90年代初，特別是克林頓政府上臺以后，終于痛下決心，放棄了基于還原論的對基礎(chǔ)研究迷信的舊（Bush）模式，啟動了以刺激經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)和生產(chǎn)力為主要目標(biāo)的新模式。新模式的第一個犧牲品就是SSC。

不過，只要注意一下美國政府對“人類基因庫”“信息高速公路”“大腦研究創(chuàng)議”等項目的支持，就可以知道，新模式并沒有放棄對基礎(chǔ)研究的支持，只是支持的必要前提是，研究必須為上述主要的經(jīng)濟一社會目標(biāo)服務(wù)。

粒子物理的麻煩是，它毫無可能滿足這一必要前提。

內(nèi)外交困的粒子物理，到了90年代中，其危機深重已是不爭的事實。小打小鬧的諾貝爾獎得主不算，就標(biāo)準(zhǔn)模型的幾位主要創(chuàng)立者而言，貢獻最大的非蓋爾曼（Murry Gell-Mann）莫屬。他從80年代起就離開了粒子物理，轉(zhuǎn)而推動復(fù)雜性研究。

我問過他原因。他說沒什么可做了，剩下的讓博士后去做吧。當(dāng)然，他是大手筆、大眼界：粒子物理已經(jīng)成熟，沒有什么開創(chuàng)性的工作可做了。能做的，既沒有實用價值，也不能在理論上真正推進人們對物理世界的認識，那還值得做嗎？

格拉肖的相似立場前面已經(jīng)提到。當(dāng)然，他覺悟得比較晚，到中間玻色子發(fā)現(xiàn)了才死心。至于史蒂文·溫伯格，他當(dāng)然絕不放棄他那還原論的終極理論的夢想。但他也明白，物理上真正有意義有用的還是有效場論。

到1995年他出版《量子場論》（The Quantum Theory of Fields）一書時，已把我和施韋伯合作的專批還原論、提倡有效場論的長文列入?yún)⒖嘉墨I。在1996年3月的會上，他自己也大談有效場論。

身處危機，搞理論的可以改行；搞實驗的就意味著丟飯碗，因此需要公關(guān)（公關(guān)就免不了游說）。

公關(guān)的基本手法其實也簡單。一是夸大科學(xué)意義，二是拼湊附帶好處，三是壓低估價。對于歐美富國來說，最重要的當(dāng)然是科學(xué)價值。真有價值，他們并非不肯出錢。

CERN要上LHC，就極力夸大上帝粒子（Higgs）的重要性，政府和公眾一時信了，結(jié)果籌夠了錢。后來，希格斯粒子終于發(fā)現(xiàn)了，那又怎樣？的確，它證實了溫伯格1967年的猜想不錯。

但宇宙的奧秘就此打開了嗎？當(dāng)然沒有。

諾貝爾評委會（Nobel Citation）對這項發(fā)現(xiàn)的意義也是高估了的。其實，它對理解質(zhì)量起源并無貢獻：質(zhì)量仍然只是經(jīng)驗參數(shù)，只不過改頭換面，以耦合常數(shù)的面目出現(xiàn)而已。

2012年夏天，埃里切（Erice）暑期班慶祝QCD問世40周年。希格斯也來了。當(dāng)時從日內(nèi)瓦傳來的消息已經(jīng)十分激動人心。

希格斯對我說：“你20年前問我，什么是希格斯粒子的本體論地位，當(dāng)時我不知道如何回答?！?/p>

我問：“那現(xiàn)在呢？”

他說：“還是不知道?！?/p>

2013年夏，我們又在埃里切相遇。那時日內(nèi)瓦來的消息，希格斯粒子基本定局。希格斯本人當(dāng)然很興奮。但他也知道這個發(fā)現(xiàn)并沒有那么重要。

那次我講的就是希格斯粒子的本體論地位。我講完后，LHC的大型離子對撞機實驗（Alice Experiment）的發(fā)言人（Paolo Giubellina）來找我，當(dāng)時希格斯也在場。

我說：“你們把寶全押在上帝粒子上?，F(xiàn)在上帝粒子已經(jīng)找到，你們該散伙了吧？”

他答道：“那可不行。多少人哪！以前不夸大上帝粒子搞不到錢?，F(xiàn)在公關(guān)得另辟蹊徑了?！?/p>

我問他公關(guān)有什么新思路。

他答道：“我明天就到北京去，看中國人是否愿意出錢?！?/p>

他去北京以后的故事我不清楚。但北京是歐美面臨散伙的實驗物理項目的首選公關(guān)目標(biāo)，卻是定而不移的事實。

回過頭來看丘-楊的基本分歧。就對撞機的科學(xué)價值而言，丘成桐強調(diào)它是“探索宇宙奧秘”、“大自然奧秘”、“在基礎(chǔ)科學(xué)方面有可能出現(xiàn)重大原創(chuàng)性突破的地方，將有助于探索整個宇宙物資的基本結(jié)構(gòu)是如何形成的?！?/p>

這些大而無當(dāng)?shù)目赵捴?，他也具體提到了“其科學(xué)目標(biāo)是精確測量希格斯玻色子的性質(zhì)以及探索標(biāo)準(zhǔn)模型背后更基本的物理規(guī)律”以及“尋找超對稱粒子”。

楊振寧則指出，希望發(fā)現(xiàn)超對稱粒子“只是猜想加猜想”。至于“精確測量希格斯玻色子的性質(zhì)”，楊沒有、也不必有任何回應(yīng)。道理很簡單：希格斯玻色子一旦發(fā)現(xiàn)，精確測量其性質(zhì)的意義，就和再去精確測量牛頓引力常數(shù)的意義差不多。但后者至少還有些實用價值，而前者則毫無意義，除非能導(dǎo)致超越標(biāo)準(zhǔn)模型（發(fā)現(xiàn)其“背后更基本的物理規(guī)律”）。

但數(shù)學(xué)家丘成桐并沒有對“精確測量”如何能導(dǎo)致“超越”給出任何提示，所以說來說去還是空話。其實，要超越標(biāo)準(zhǔn)模型而又不涉及超對稱粒子，數(shù)學(xué)家絕對無能為力；光靠實驗專家，也完全無望；就連精通數(shù)學(xué)又熟悉實驗精微的粒子理論物理學(xué)家，也還得好好化些功夫，才能有點頭緒呢。頭緒都沒有，“精確測量”能有什么科學(xué)價值？

對建造對撞機的科學(xué)價值，楊振寧的判斷可以說是一錘定音。對其應(yīng)用價值、社會價值和（資源一人才）代價，他的判斷也是一錘定音。

其實，他說的道理，早已是人所共知的常識。在前文提到的1993年討論會上，威爾遜特地問應(yīng)邀與會的索羅（Bob Solow，專攻技術(shù)對經(jīng)濟增長的貢獻，1987年諾貝爾經(jīng)濟獎得主）：“基礎(chǔ)物理（主要是粒子物理）對美國經(jīng)濟增長有無貢獻？”

回答很干脆，像楊振寧一樣：沒有。對于社會價值，丘成桐提到了“中國國際形象的提升”。但楊振寧看得清楚，對撞機的設(shè)計、運轉(zhuǎn)與分析的主導(dǎo)權(quán)必定落在外國人手里。也就是說，中國只能成為花錢讓外國高能實驗界撞大運、保飯碗的冤大頭，這種國際形象，對中國有什么社會價值？！

丘成桐還有一點意見，楊振寧沒有回應(yīng)，我來作點評論。

丘成桐說：“現(xiàn)在在中國反對建造對撞機的科學(xué)家們，有誰是高能物理的實驗專家？”如果只有實驗專家有發(fā)言權(quán)，那數(shù)學(xué)家丘成桐早該打道回府去做數(shù)學(xué)了，憑什么資格花那么多錢（誰的？）在中國到處游說？

科學(xué)社會學(xué)的基本常識之一是，科學(xué)家是個重要的社會群體，但也是一個特殊的利益集團（當(dāng)前深陷危機、正為存活掙扎的高能實驗物理共同體，正是一個值得警惕的利益集團）。這個集團的利益是否與全社會的利益一致，不能由它自己說了算，而需要社會公眾來做評判。

讓SSC下馬的美國國會議員中，有幾個是高能物理的實驗專家？如果丘成桐認為民主國家的科技決策權(quán)只能留在專家手里，那他應(yīng)該先到華盛頓去游說，把美國的科技決策制度先改了，然后再來教訓(xùn)中國政府和中國公眾不遲。

從幾千萬離鄉(xiāng)背井打工蟻居的農(nóng)民工身上擠出來的上千億元應(yīng)該怎么花，能讓幾個實驗專家說了算嗎？