丘—楊分歧及其語境

曹天予

最近，數(shù)學家丘成桐和物理學家楊振寧，就中國是否應該建造高能對撞機，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的重大問題，值得嚴肅討論。

本文將參照美國上世紀90年代初圍繞超導超級對撞機（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，以求教于兩位學者和關心此事的公眾。

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的深刻變化，而薩姆則有意進一步討論這一內生變化與外部環(huán)境變動之間的互動關系。后者主要指美國科技政策的演變，包括國際國內環(huán)境和政策主導思想的變化。

經(jīng)過兩年多的調查研究，包括對30余位粒子物理領軍學者的訪談，我們的看法基本成熟，即粒子物理正在經(jīng)歷深刻的轉型。1992年夏天，我們向物理學家韋斯科夫（Victor Weisskopf）提議，由他出面，在美國藝術與科學院（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。

這一辯論的主要內容和各方立場，實際上是美國高能物理學界60年代大辯論的翻版。差別只在于30年后形勢已轉為對支持方大為不利。當前引起中國公眾關注的丘-楊二位美籍華裔學者的分歧，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，也許對當前國內圍繞丘-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準：科學價值、應用價值、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)結束到50年代末，主要任務是理解核力。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（應用價值）和國際威望（社會價值）至關重要。

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

最后，科技政策的主導思想，是以戰(zhàn)時負責軍事研發(fā)的布什（Vannevar Bush）為代表的對還原論的崇拜：即認為，基礎科學的發(fā)展，會自動地帶來技術、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科學的基礎，應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，基礎科學必須對鄰近學科有用或有相關性才值得支持；但高能物理對鄰近學科（核物理）的貢獻極為有限，遠遠不如分子生物學對其鄰近學科（如醫(yī)學）的貢獻；而其對技術和福利的貢獻則幾乎為零。

楊振寧親歷60年代的大辯論，當然知道那時的學者、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、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。

當時的一些學者，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》雜志上發(fā)表的一篇文章，在物理學界的影響力迅速衰退。

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

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

當時的這些辯論，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準模型。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?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，理應導致更為成功的統(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，粒子物理學家面臨的形勢是：在標準模型范圍內，一切都對，因此已經(jīng)沒有什么開創(chuàng)性的工作可以做了；而一旦超出標準模型，則什么都錯，即除了數(shù)學玄思以外，也無從做起。期望的落空導致對（還原論）方法的懷疑。后者更因粒子物理的內部發(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成的等級結構。

如果在粒子物理領域內，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的還原論說辭失去了依托。

標準模型的主要創(chuàng)立者之一格拉肖（Sheldon Glashow）在我組織的《量子場論的概念基礎》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，而是研究用可觀代價制造出來的物質。

τ輕子或W介子永遠不可能有實際用處。K介子發(fā)現(xiàn)已有半個世紀了，從來沒有得到任何實際應用。（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奧秘的一切奢華探索。

而實際上，由于冷戰(zhàn)的結束和蘇聯(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。

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)濟一社會目標服務。

粒子物理的麻煩是，它毫無可能滿足這一必要前提。

內外交困的粒子物理，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，就標準模型的幾位主要創(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，轉而推動復雜性研究。

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（公關就免不了游說）。

公關的基本手法其實也簡單。一是夸大科學意義，二是拼湊附帶好處，三是壓低估價。對于歐美富國來說，最重要的當然是科學價值。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，它對理解質量起源并無貢獻：質量仍然只是經(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。當時從日內瓦傳來的消息已經(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，當時我不知道如何回答?！?/p>

我問：“那現(xiàn)在呢？”

他說：“還是不知道。”

2013年夏，我們又在埃里切相遇。那時日內瓦來的消息，希格斯粒子基本定局。希格斯本人當然很興奮。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)在公關得另辟蹊徑了?！?/p>

我問他公關有什么新思路。

他答道：“我明天就到北京去，看中國人是否愿意出錢。”

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目標，卻是定而不移的事實。

回過頭來看丘-楊的基本分歧。就對撞機的科學價值而言，丘成桐強調它是“探索宇宙奧秘”、“大自然奧秘”、“在基礎科學方面有可能出現(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構是如何形成的?！?/p>

這些大而無當?shù)目赵捴?，他也具體提到了“其科學目標是精確測量希格斯玻色子的性質以及探索標準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”，楊沒有、也不必有任何回應。道理很簡單：希格斯玻色子一旦發(fā)現(xiàn)，精確測量其性質的意義，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，除非能導致超越標準模型（發(fā)現(xiàn)其“背后更基本的物理規(guī)律”）。

但數(shù)學家丘成桐并沒有對“精確測量”如何能導致“超越”給出任何提示，所以說來說去還是空話。其實，要超越標準模型而又不涉及超對稱粒子，數(shù)學家絕對無能為力；光靠實驗專家，也完全無望；就連精通數(shù)學又熟悉實驗精微的粒子理論物理學家，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”能有什么科學價值？

對建造對撞機的科學價值，楊振寧的判斷可以說是一錘定音。對其應用價值、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，威爾遜特地問應邀與會的索羅（Bob Solow，專攻技術對經(jīng)濟增長的貢獻，1987年諾貝爾經(jīng)濟獎得主）：“基礎物理（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，對撞機的設計、運轉與分析的主導權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，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，那數(shù)學家丘成桐早該打道回府去做數(shù)學了，憑什么資格花那么多錢（誰的？）在中國到處游說？

科學社會學的基本常識之一是，科學家是個重要的社會群體，但也是一個特殊的利益集團（當前深陷危機、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只能留在專家手里，那他應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該怎么花，能讓幾個實驗專家說了算嗎？