讀古今文學網 > 越弱越暗越美麗 > 粒子物理的前景 >

粒子物理的前景

美國是一個徹頭徹尾的市場經濟國家,甚至科學研究也不例外。我不是說在美國科學研究就像國內某些人的觀點一樣要和經濟掛鉤,而是指美國的基礎科學研究為經費的去向所引導。

例如在物理這個領域,如果今年的經費給生物物理多些,那麼生物物理就是熱點;如果給納米科學多些,那麼納米科學就是熱點。我在台灣訪問的時候,那時理論科學中心的主任持的觀點就是如此,因為他基本是美國派的。他的那句話一直在我的腦子中徘徊不去:選擇錢多的地方做研究(英文原文大概是:you go where the money goes)。這種市場經濟式的研究策略的缺點不言自明,你永遠沒有自己的目標,你的研究計劃甚至可能是短命的,因為也許一兩年後熱錢會產生新的熱點,而舊的熱點不再熱。

前面說了這麼多廢話,是為了討論美國粒子物理界最近遇到的一個問題。美國的粒子物理,或者更一般地說,高能物理,一直以來主要靠能源部支持。能源部的經費增加了,粒子物理的日子就會好過一些;相反,就會一片哀鴻。我還記得1993年美國國會決定終止超級超導對撞機計劃的情景,很多人失去了工作,美國乃至世界的高能物理研究被滯後了十年左右;這還是我們假定明年就要在歐洲核子中心運行的大型強子對撞機會順利地完成計劃中的研究,否則粒子物理的研究被美國1993年的決定滯後遠遠不止十年。

美國能源的財政預算是一個什麼情形呢?比如說2008財政年度,它的預算大約是40億美元,其中花費在粒子物理研究上的預算在7億美元左右。更加具體地,2007年花費在粒子物理上的經費是7.51億。而2008年不升反降,只有6.88億美元。被裁減經費影響最大的是國立實驗室,例如費米加速器實驗室就要裁減3300萬美元,可能有200到300個僱員將失業。

失業自然是一個令人沮喪的消息,對粒子物理界來說,情況遠比一些人的失業嚴重。正在進行的一些主要計劃將受到經費縮水的影響,例如費米實驗室未來的主打項目中微子實驗,還有未來國際直線加速器的研發計劃,以及無線電波段超導加速器的研發計劃。

高能物理從來都是一個以實驗為主導的領域,如果實驗計劃受到影響,理論家的日子也不會好過。本來,由於大型強子對撞機運轉在即,粒子物理是一片興旺的樣子,現在卻遭到美國裁減財政開支的打擊。如果說一個正在進行的實驗會影響整個領域的未來10年,那麼計劃中的實驗則會影響整個領域的未來20年以上。很多年紀不輕的高能物理學家開始擔心一個可怕的前景會出現:20年後不再有高能物理這個領域,因為沒有了實驗,實驗家們自然會消失,理論家們也會跟著消失。可是,高能物理是否會像國內某些人認為的那樣,不再有重要的基本問題要研究呢?情況遠不是這樣。一方面,粒子物理的標準模型還沒有百分之百地被驗證;另一方面,理論表明粒子物理在更深的層次上一定有新的現象有待發現。何況,宇宙學的研究進展也表明在我們面前還有很大的謎團需要解開,例如暗能量的性質和起源,暗物質的性質和起源。

我們也許會想當然地認為,美國一個國家的情況不會左右整個世界的粒子物理。這是錯誤的。歐洲當然也是粒子物理研究的一個重要部分,英國2008年的預算明顯也裁減了國際直線加速器的研究。那麼,是否可以說,這給中國提供了一個不可錯過的機會?我不這麼認為。一來,相對美國和歐洲,甚至日本,我們的研究不論在人力還是財力上來說都遠遠不如。就拿國家自然科學基金委來說,2006年的總經費是31.6億人民幣,折合成美元只有4億左右,其中拿來支持粒子物理研究的只是極小的一部分(而美國僅能源部就有7億美元拿來支持粒子物理)。

或許我們有樂觀的理由,因為近年來中國對基礎科學投入的力度逐年增加。自然科學基金委2005年的總經費是24.5億人民幣,與2005年相比,2006年增加了29%,如果我們期待未來的經費增加一直是這個百分比(當然這是過分樂觀了),十年後基金委的總經費將是今天的12倍,折合成美元超過了美國能源部現在一年的預算,接近美國自然科學基金委現在一年的預算。美國基金委2007年的經費是60億美元。我知道我這是癡人說夢,但有夢總好過無夢。

那麼,到底是什麼原因引起了美國科學研究經費的縮水?答案是戰爭,伊拉克戰爭和阿富汗戰爭。這兩場戰爭通過的2008年財政預算是700億美元。科學當然不能和戰爭競爭經費,剩下的只有是科學內部的爭吵。這種爭吵有非常悠久的傳統,例如研究凝聚態物理的一些人抱怨政府不該投入太多的大科學,應該轉過來支持小實驗室中的「小科學」。除了物理界內部的爭吵,爭吵也會擴散到物理界外部去,涉及到衛生部、航天部,等等。

我贊同英文科學博客Sean Carroll對興趣之爭的看法。興趣從來都是個人化的,沒有什麼興趣,包括科學研究興趣,有所謂「普世」的原則。一般說來,所有科學研究都值得支持,但誰先誰後,大眾說了也不算,不僅因為興趣的個人化因素很重,還在於科學研究的基礎性和應用性往往在研究完成後很長一段時間才能呈現。解決爭論的唯一辦法就是大家競爭,盡量依靠專家的看法,因為只有他們對專門的領域有很深的體會和較為合理的判斷。