作者： 江曉原

　　[ SSC下馬之後，世界上只剩下歐洲的LHC仍繼續建設，最終在2008年建成，在2012年發現了所謂的“上帝粒子”（希格斯玻色子）。然而這既沒有讓歐洲在科技上勝過美國，也沒有帶來物理學上的突破。 ]

如果說將粒子加速到1萬億電子伏以上能量，纔夠資格稱爲大型對撞機，那麼目前世界上只有一臺這樣的裝置，即歐洲的大型強子對撞機（LHC），由歐洲40個國家參與建設，坐落於瑞士與法國交界之處。不過，關於要不要建造大型對撞機，長期在美國引發爭論，其超導超級對撞機（SSC）也在耗資數十億美元之後被迫下馬。這樣的爭論甚至蔓延到了中國。

對撞機的前世今生

對撞機的基本原理其實並不複雜，它源於早期的迴旋加速器——將質子在環形軌道的磁場中儘可能加速，讓它們相互撞擊。最初這個想法是在很小的裝置中實現的，但後來人們將裝置越做越大，最終大到難以想象的地步。

1919年，英國物理學家盧瑟福（E． Rutherford）用天然放射中的粒子撞擊，提出原子模型理論，當時他實驗室中的粒子能量，和現代大型對撞機相比是微不足道的，盧瑟福的努力目標只是10MeV（1000萬電子伏，1MeV=106電子伏，1電子伏表示1個電子在1伏電壓加速下獲得的能量）量級，裝置都是他和助手用手工做出來的，大小可以讓他抱着放在膝頭。1932年在美國出現的第一臺直流加速器，能量僅0.4MeV，後來美國“大科學”的締造者勞倫斯（E． Lawrence）親手製作的第一臺迴旋加速器，只花了不到100美元。

爲了將粒子加速到更高的能量，人們將裝置越做越大。勞倫斯建成的能量爲8MeV的加速器重85噸，布魯克海文國家實驗室1952年建成3GeV（3×109電子伏，即30億電子伏）的加速器，勞倫斯實驗室1953年建成的加速器能量達到6.2GeV。

最初的迴旋加速器都是讓被加速的粒子去撞擊靜止的“靶”，但是如果能夠將前去撞擊的粒子和作爲“靶”的粒子同時加速，讓它們迎頭相撞，撞擊能量不就更大了嗎？1960年意大利科學家首次提出這一設想，並且在實驗室中實現，於是加速器進入對撞機時代。

爭議中的SSC及其下馬

二戰結束之後，建設加速器在美國成爲一種象徵科學進步、標誌地區發展的時髦，也成爲物理學家和政客之間博弈的題目。例如1953年芝加哥大學等15所中西部高校成立了一個聯盟“中西部大學研究協會”（MURA），據格林伯格（D． S． Greenberg）說，聯盟“唯一目的是在中西部地區建造和運營大型粒子加速器”。

這種時髦不只出現在美國。一個非常有趣的例子是，當時美國和蘇聯的科學家都不約而同地誇大對方在加速器方面的投入，然後以此說事，爲自己爭取更多的政府撥款。當時蘇聯宣稱，在莫斯科附近的杜布納研究所，一座世界上最大的加速器即將完工，能量將高達10GeV（100億電子伏），將在高能加速器領域長期領先，這讓冷戰中的美國科學界感到焦慮和恐懼。到1956年美國科學家首次訪問杜布納，“這種恐懼得到證實”，回國後的美國科學家“滔滔不絕地表達焦慮”。據說杜布納的加速器直徑爲700英尺，一派“令人驚歎的景象”。一個讓美國科學家印象極爲深刻的細節是：杜布納項目的負責人維克斯勒教授在被問到項目的經費問題時表示，建造這一機器的決定既已下達，經費就是無限的。這幾乎讓美國科學家以爲蘇聯在搞另一個曼哈頓工程。

多年後人們當然知道，美國科學家當時誇大其詞的焦慮和恐懼，並未變成現實。而他們的蘇聯同行，其實也曾向克里姆林宮誇大美國在高能加速器領域的進展，爲自己爭取更多的撥款。

在冷戰的歷史背景中，美國的超導超級對撞機（SSC）設想於1982年提出，計劃中要將質子加速到20TeV（20×1012電子伏，即20萬億電子伏），約相當於歐洲現存的大型強子對撞機的三倍（LHC能將質子加速到7TeV）。但是時移世易，這個空前宏大的計劃，沒有以往成功的那些加速器/對撞機那麼幸運了。

SSC項目啓動幾年之後，冷戰就以西方集團的勝利而結束，曾經被大肆渲染的蘇聯在高能物理領域領先的恐懼霎時煙消雲散。而這種大型裝置的建設，又難免曠日持久而且費用浩繁（歐洲建設LHC花了25年，100億美元），質疑的聲音漸漸就大了起來。

曾擔任美國橡樹嶺國家實驗室主任的阿爾文·溫伯格（A． Weinberg），似乎更應該力挺SSC，卻成了反對派，他認爲國家將鉅額科研經費花在SSC這樣的項目上有害無益。他針對這類“大科學”項目提出三個問題：它會不會破壞科學？它會不會在經濟上毀了美國？我們是否應該將這些資金用於根除疾病或其他直接有助於人類福祉的努力，而不是用於太空旅行或粒子物理之類的“壯觀”方面？也有物理學家很早就表示：“我們目前並不期望高能物理學在不久的將來會有實際效益。”

當然有不少物理學家爲SSC辯護，但他們的理由不外乎滿足科學家的好奇心、瞭解自然規律、尋找“上帝粒子”、學術自由之類，而這些理由已經很難說服質疑者。力挺SSC的物理學家斯蒂芬·溫伯格（S． Weinberg）不止一次提到一件事，他問一位議員：SSC能幫助我們瞭解自然規律，這值不值得優先考慮？議員明確回答：“不值得。”在這個問答中，雙方都認爲自己的意見是天經地義的。

最終，物理學家無法說服議員們同意繼續建造SSC這件“大玩具”，1993年SSC項目被國會否決，半途而廢。

楊振寧明確反對

SSC下馬之後，世界上只剩下歐洲的LHC仍繼續建設，最終在2008年建成，在2012年發現了所謂的“上帝粒子”（希格斯玻色子）。然而這既沒有讓歐洲在科技上勝過美國，也沒有帶來物理學上的突破。

隨着中國的崛起，一些人又將建造“大玩具”的希望寄託到了中國。2010年代國內曾出現一波關於中國要不要建造大型對撞機的激烈爭論，楊振寧明確表示反對意見，而他的這個意見源於40年前他對物理學發展前景的洞察。

1972年楊振寧第二次回國，從6月27日~7月5日，被安排與中國科技界進行10場演講和座談。在一次座談會上，他就明確表示：“對於造1萬億電子伏的加速器我不樂觀。”他的意思是說，對於高能物理的發展，此後主要不是加大加速器/對撞機的能量，而是需要物理觀念的突破。有人提到日本打算花1億美元造10GeV（100億電子伏）加速器之事，當時楊振寧也認爲沒有必要。

楊振寧在座談會結束時表示：“在座的有許多位贊成中國造大加速器，這是我沒有預料到的。對我來說，這個問題是很明顯的，造貴的加速器與目前中國的需要不符合……我相信，我的想法是對的。”

40年後，針對在中國造大型對撞機的呼籲，楊振寧於2016年9月4日在《知識分子》發表長文，再次明確表示反對。他還在2019年一次採訪中明確指出：“這領域不只是從今天開始，而是從30年以前開始，就已經走在末路上了……The party is over”——“盛筵不再”，這是一個曾經在物理學上青史留名的智者的真誠告誡。

（作者繫上海交通大學講席教授，科學史與科學文化研究院首任院長）