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《越弱越暗越美丽》粒子物理的前景

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美国是一个彻头彻尾的市场经济国家,甚至科学研究也不例外。我不是说在美国科学研究就像国内某些人的观点一样要和经济挂钩,而是指美国的基础科学研究为经费的去向所引导。

例如在物理这个领域,如果今年的经费给生物物理多些,那么生物物理就是热点;如果给纳米科学多些,那么纳米科学就是热点。我在台湾访问的时候,那时理论科学中心的主任持的观点就是如此,因为他基本是美国派的。他的那句话一直在我的脑子中徘徊不去:选择钱多的地方做研究(英文原文大概是:you go where the money goes)。这种市场经济式的研究策略的缺点不言自明,你永远没有自己的目标,你的研究计划甚至可能是短命的,因为也许一两年后热钱会产生新的热点,而旧的热点不再热。

前面说了这么多废话,是为了讨论美国粒子物理界最近遇到的一个问题。美国的粒子物理,或者更一般地说,高能物理,一直以来主要靠能源部支持。能源部的经费增加了,粒子物理的日子就会好过一些;相反,就会一片哀鸿。我还记得1993年美国国会决定终止超级超导对撞机计划的情景,很多人失去了工作,美国乃至世界的高能物理研究被滞后了十年左右;这还是我们假定明年就要在欧洲核子中心运行的大型强子对撞机会顺利地完成计划中的研究,否则粒子物理的研究被美国1993年的决定滞后远远不止十年。

美国能源的财政预算是一个什么情形呢?比如说2008财政年度,它的预算大约是40亿美元,其中花费在粒子物理研究上的预算在7亿美元左右。更加具体地,2007年花费在粒子物理上的经费是7.51亿。而2008年不升反降,只有6.88亿美元。被裁减经费影响最大的是国立实验室,例如费米加速器实验室就要裁减3300万美元,可能有200到300个雇员将失业。

失业自然是一个令人沮丧的消息,对粒子物理界来说,情况远比一些人的失业严重。正在进行的一些主要计划将受到经费缩水的影响,例如费米实验室未来的主打项目中微子实验,还有未来国际直线加速器的研发计划,以及无线电波段超导加速器的研发计划。

高能物理从来都是一个以实验为主导的领域,如果实验计划受到影响,理论家的日子也不会好过。本来,由于大型强子对撞机运转在即,粒子物理是一片兴旺的样子,现在却遭到美国裁减财政开支的打击。如果说一个正在进行的实验会影响整个领域的未来10年,那么计划中的实验则会影响整个领域的未来20年以上。很多年纪不轻的高能物理学家开始担心一个可怕的前景会出现:20年后不再有高能物理这个领域,因为没有了实验,实验家们自然会消失,理论家们也会跟着消失。可是,高能物理是否会像国内某些人认为的那样,不再有重要的基本问题要研究呢?情况远不是这样。一方面,粒子物理的标准模型还没有百分之百地被验证;另一方面,理论表明粒子物理在更深的层次上一定有新的现象有待发现。何况,宇宙学的研究进展也表明在我们面前还有很大的谜团需要解开,例如暗能量的性质和起源,暗物质的性质和起源。

我们也许会想当然地认为,美国一个国家的情况不会左右整个世界的粒子物理。这是错误的。欧洲当然也是粒子物理研究的一个重要部分,英国2008年的预算明显也裁减了国际直线加速器的研究。那么,是否可以说,这给中国提供了一个不可错过的机会?我不这么认为。一来,相对美国和欧洲,甚至日本,我们的研究不论在人力还是财力上来说都远远不如。就拿国家自然科学基金委来说,2006年的总经费是31.6亿人民币,折合成美元只有4亿左右,其中拿来支持粒子物理研究的只是极小的一部分(而美国仅能源部就有7亿美元拿来支持粒子物理)。

或许我们有乐观的理由,因为近年来中国对基础科学投入的力度逐年增加。自然科学基金委2005年的总经费是24.5亿人民币,与2005年相比,2006年增加了29%,如果我们期待未来的经费增加一直是这个百分比(当然这是过分乐观了),十年后基金委的总经费将是今天的12倍,折合成美元超过了美国能源部现在一年的预算,接近美国自然科学基金委现在一年的预算。美国基金委2007年的经费是60亿美元。我知道我这是痴人说梦,但有梦总好过无梦。

那么,到底是什么原因引起了美国科学研究经费的缩水?答案是战争,伊拉克战争和阿富汗战争。这两场战争通过的2008年财政预算是700亿美元。科学当然不能和战争竞争经费,剩下的只有是科学内部的争吵。这种争吵有非常悠久的传统,例如研究凝聚态物理的一些人抱怨政府不该投入太多的大科学,应该转过来支持小实验室中的“小科学”。除了物理界内部的争吵,争吵也会扩散到物理界外部去,涉及到卫生部、航天部,等等。

我赞同英文科学博客Sean Carroll对兴趣之争的看法。兴趣从来都是个人化的,没有什么兴趣,包括科学研究兴趣,有所谓“普世”的原则。一般说来,所有科学研究都值得支持,但谁先谁后,大众说了也不算,不仅因为兴趣的个人化因素很重,还在于科学研究的基础性和应用性往往在研究完成后很长一段时间才能呈现。解决争论的唯一办法就是大家竞争,尽量依靠专家的看法,因为只有他们对专门的领域有很深的体会和较为合理的判断。