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编号:8422
我看基础科学研究与中国科学家的使命
http://www.100md.com 2020年1月24日 科普时报 2020.01.24
    

    欧洲强子对撞机。

    问题探讨

    我国科学界就“中国要不要建大对撞机”展开论争,无疑是一件大好事。这一场从2016年就开始并延续至今的论争,充分彰显了我国科学界尊重不同学术观点,大胆交流碰撞,多提建设性意见的科学精神。这种严肃认真的科学探讨,对于作出正确的科学决策是十分必要的。作为一名相关专业的研究人员,我想从基础研究与重大科学基础工程建设的视角,谈谈自己的看法。

    基础研究是人类探索自然认识自然的必经途径,人类不断充满强烈好奇心在不断深化对于宇宙和人类自身的认识。这种探索往往是不带功利的,许多人魂牵梦萦、耗尽心血都是为了满足人类的这种好奇心。但是,毋庸置疑,由此而发现的许多基本自然规律,往往都具有重大的应用前景。
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    伴随着人类技术的大突破,人类历史上的三次或者四次产业革命,都是来自于物理学的革命。进入21世纪以来,基础科学,例如物理学中的宇宙学、高能物理(中微子物理与标准模型中的希格斯粒子)和光学的前沿不断取得革命性的进展。但是,这些基础研究的突破性的进展是离不开科学平台——重大基础科学工程。

    近年来,我国有一系列重大科学工程和工程中心建成,如北京正负电子对撞机,兰州重离子加速器,合肥同步辐射加速器,遥感卫星地面站,短波与长波授时系统,“神光”系列高功率激光装置,HT-6M受控热核反应装置,H1-13串列式静电加速器,2.16米光学望远镜,中国环流器HL-1装置,太阳磁场望远镜,5兆瓦核供热试验,中国地壳运动观测网络。

    尤其应该指出的是,贵州的500米口径球面射电望远镜(天眼),以王贻芳院士为首的大亚湾核电站中微子实验室,暗物质探测卫星“悟空”号,潘建伟院士的“墨子号”量子卫星,以及前不久刚刚组网完成的北斗卫星导航系统等,相继建成和运行。这些成就对于促进我国原创性基础研究和高新技术的进步、推动国民经济的发展起到了不可估量的作用,也初步改变了我国由于历史的原因在相关的领域曾经落后于欧美先进国家的局面。
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    笔者所在单位国家光电实验室和脉冲强磁场实验装置的成功建成,对于我国光电科学技术和强磁场科学的研究,更是活生生地见证了大科学工程对于科学技术发展的无可替代的重要作用。我参加的脉冲强磁场实验装置的建设迅速达到了国际先进水平,在强磁场科学的研究中为国际学术界提供了优良的科学平台,取得了一系列具有领先水平的科研成果。该项目荣获2018年湖北省科学进步特等奖、2019年国家科技进步奖一等奖。

    重大基础研究工程的建设,要瞄准世界科技前沿,强化基础研究,是实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破的关键物质基础和技术保障。因此,此类工程的建设从来不存在需不需要的问题。

    在国际科学界加紧在一系列大科学基础研究的前沿,如引力物理、高能物理相互竞争制定了一系列大学科研究项目的背景下,我们看到一系列大科学工程蜂拥而上的情况。例如,美国国家自然科学基金会1992年启动LIGO项目发现引力波,并且于2017年荣获诺贝尔物理学奖,我国也有两个引力波探测科研项目要上马,当然,其研究的侧重点有所不同。
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    有鉴于此,我于2016年2月在《中华读书报》发表的介绍引力波发现的长文中写道:“但是,我们不得不加个但是,表达我们深切的关切和期待。我们的国力终究有限,财力和人力终究有限,以欧美之富尚且多年来仅仅只支持了一个探索引力波的研究项目,我们一个发展中的大国难道能够同时资助两个类似的高风险、高难度和高投入的探索项目吗?我们迫切希望有关方面,能够高瞻远瞩周密部署,有效地整合有限的财力、物力和人力,有选择、有步骤、有重点地实施少数几个重大基础研究项目。在引力波的探索领域,我们看到了这种整合的需要。”

    我国科学家的光荣使命,不仅在于尽快建成一批适合我国国情的重大基础科学工程,而且更重要的是从整个国家的利益出发权衡轻重缓急,有选择、有步骤、有重点地实施少数若干重大基础研究项目。笔者认为,关于大对撞机的建设是否当前需要上马,必须站在这样一个高度讨论问题。总体来说,就大对撞机论争而言,我赞成杨振宁教授的意见,暂缓上马。杨先生所申述的意见而外,我着重补充两点。

    第一,项目耗费过大。当前我国经济在中美贸易战的大背景下,发展有所放慢,困难不少。我们不要忘记,尽管我国是世界第二大经济体,但是从根本上来说,我们还是发展中国家。此项目如果上马,必将挤掉许多关系国民经济发展的科研项目。美国人在20世纪90年代超级超导对撞机下马的教训值得汲取。当时,该项目已经在建设中途,耗费近20亿美元,美国人依然将此项目下马。我同意何祚庥院士的意见,如果这是一个真正的国际项目,何不来一个真正的国际合作,如邀请美国、欧洲和日本参加,平摊费用,同时也分摊了科学风险。
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    第二,高能物理在经过近100年高速的发展,特别是以杨-米尔斯理论为基础的高能物理标准模型的建立(包括量子色动力学和弱电统一理论)以后,面临极大的困难。模型以外的新物理发展极为缓慢。在大对撞机相当能域,按标准模型预言,是一片大沙漠。新物理新现象很少。近年来对于超对称粒子的探索,对于暗物质、暗能量的探索,实际上头绪甚少。关于希格斯粒子的研究,自然是很重要的,一方面,会进一步充实丰满标准模型,另一方面,相关的研究可能开启新物理的大门。但是,欧洲和日本都有相当的规划,将其加速器能量提高到相应的能域。当然,标准模型并非圣经,预言也有可能有误,应该继续发展完善或者突破。然而,不能否认的是大对撞机的科学探测面临的风险还是很大的。

    日暮苍龙还行雨,春深老树更着花。我年近八旬 ,老弱多病,但是位卑未敢忘忧国,对国家发展,科学的探索,关切之情时时难以割舍。上述意见,只是一个提纲,请各位贤达指正。

    (作者系华中科技大学教授,中国物理学会会员,美国物理学会会员,中国高能物理学会会员,著有《脉冲沉积动力学原理》《应用群论》《高等量子理论》等科学专著及《物理发现启思录》等科普图书), 百拇医药(张端明)