专访 | 丘成桐：巨型对撞机探索宇宙最深层奥秘的前景

赛先生特约记者  张轩中

从夜幕下的清华大学西门进来，可以看见一座三层的粉红色小楼亮着些许灯光，小楼门口的墙上竖直挂着一幅匾额，在暮色中有些模糊不清。

这里是“静斋”，就是著名华裔数学家、菲尔兹奖得主、哈佛大学数学系和物理系教授丘成桐先生在清华的数学科学中心的所在地，一个安静的研究所。

今年3月13日，丘成桐在清华大学做过一次题为“数学、现代物理与对撞机”的大型演讲，3月25日，他的新书《从万里长城到巨型对撞机》（详见丘成桐新书对建造巨型对撞机决策前景表示乐观）中文版上市。巨型对撞机项目提出后，因为造价较高在国内引起了一些争论。作为数学家的丘成桐为何旗帜鲜明地全力支持在中国开展这一项目？赛先生为此独家专访了丘成桐先生。

曾与领导谈巨型对撞机建设

丘成桐曾提到，巨型对撞机项目大概需要投资400亿元人民币（注：不是400亿美元）。为了争取领导层的支持，他曾国家和科技界的领导人讨论过这个问题，领导们都同意这个项目值得考虑。

丘成桐告诉赛先生：“我与国家和科技界的领导人都有一些接触，不过不是专门谈这个事情，他们都认为这是值得做的。2014年年初，我给国家领导人写过一封信，谈到巨型对撞机的建设。”

此前有消息说，如果开工，项目会建设在秦皇岛的山海关地区。对此丘成桐表示：“任何一个大的科学项目，总需要做一些预研究，需要有一个参考点。秦皇岛是一个候选地区，现在还没有完全确定。”据赛先生了解到的信息，总体来说，中国科学院高能物理研究所（下称“高能所”）计划在2020年之前完成对巨型加速器的预研究，大概需要申请几亿元研究经费。

对撞机项目已有充分的研究基础

2016年年初，美国的引力波探测器LIGO声称探测到了来自黑洞双星碰撞并合的GW150914事件，在学术界与新闻界都引起了巨大反响，随后公布的中国空间引力波探测计划“太极计划”与“天琴计划”也引起了大众的好奇，这种发射卫星到天上去探测引力波的项目需要大概150亿元人民币的科研经费，预计其准备及建造过程历时20年。

从表面上看，中国的空间引力波探测计划，也需要大量科研经费的支持。那么对引力波的探测计划会不会影响到巨型对撞机在中国的实施呢？丘成桐先生有他自己独到的看法。

丘成桐说：“关于建造新对撞机，中国在高能物理实验方面已经有30多年的积累，特别是现有的北京正负电子对撞机和大亚湾中微子实验已取得了举世公认的成就。以30多年来的积累和成功经验为基础，加上近年来欧洲和美国高能界都在对此环形对撞机计划积极开展预研，我对中国进行对撞机项目很有信心。我自己从事引力研究35年多了。虽然LIGO探测到了引力波，但其理论只是属于现有理论（广义相对论）的框架；而巨型对撞机则是要探索一个超越粒子物理标准模型的全新领域，在那里一切都是未知的。目前中国做引力波研究的理论和实验基础还相当薄弱，要与国际水平接轨还需要相当长时间的积累。对撞机和引力波项目的科学目标和评判标准完全不同，两者没有矛盾，也不存在可比性。”

丘先生还说：“但是我很佩服美国人，LIGO第一期没有找到引力波，美国的自然科学基金（NSF）很有眼力，还继续投钱，升级设备，建设Advanced LIGO，一共花了10多亿美金，终于找到了引力波。”

用400亿撬动2.4万亿

由于建设巨型对撞机花费比一般项目大得多，因此经济上能否负担得起自然就是一个人们关心的问题。对此，丘成桐向他在企业界和商界的朋友请教如何从省政府或私人财团集资，他们提出如下的看法：如果以在秦皇岛的山海关地区建设中国版巨型对撞机为例进行分析，从长远来看，会有相当可观的经济效益。假如按高能所规划的方案，建一个周长为100千米的巨型加速器，可以估算一下这片大致圆形的区域的直径大概是32千米。因此，这片圆形区域的面积大约是800平方公里，而一亩地是667平方米，因此这一区域大概相当于120万亩地。目前来看，秦皇岛当地每亩地的市场价值约20万元。于是，可以预期这一区域及其周边的总地价大概为2400亿元人民币。如果在该区域造一个巨型对撞机，那么这个区域及其周边可以发展成为高新技术与科技创新园区，地价至少能增10倍，集中了优质教育资源与高科技企业的园区总地价估计会飚升到2.4万亿元人民币。

因此，用区区400亿元去翘动一个2.4万亿的土地升值，是一个四两拨千金的经济杠杆。

此外，如果采用50千米周长的方案，造价是250亿。事实上不论哪个方案，都会争取1/3的国际投入，因此国内的投入还会更少。

人才引进效果好

丘成桐先生认为，建设巨型对撞机不但会带来巨大的经济效益，而且还会产生巨大的社会效益。

他表示，巨型对撞机建成后，会吸引1万名左右的顶尖科学家来中国工作，这些科学家就好像游牧民族一样，需要寻找有草的地方才能放牧牛羊，发展他们的事业。而巨型对撞机全世界只会有一台，他们一定会到中国来进行合作研究。他们的工资由所在国的大学与研究所支付，而他们的到来相当于中国把哈佛大学等美国名校带到了中国，毕竟目前中国还没有那么多长期在中国工作的哈佛、普林斯顿等顶尖名校的教授。“这比千人计划、百人计划引进人才花的钱要少，但效果更好，更加国际化。”丘成桐说。

在他看来，建设巨型对撞机比举办冬季奥运会对中国的好处要大的多，冬季奥运会开两个星期就完了，而建设巨型对撞机会因要了解大自然背后的奥秘，引起全世界科学家对中国的重视，吸引高水平的研究人员，因此，从某种意义上讲，在中国建设大型对撞机就好像在中国建成了一个“科学的联合国”，这对中国科学研究体制、技术发展体制和人才培养模式等改革的推动力量也是巨大的。

科学目标：精确测量与发现新物理

有一部分物理学家担心，在中国建设巨型对撞机可能导致大量的科研经费流向高能物理领域，影响其余领域的研究经费，因此他们对于中国进行高能加速器建设一般采取无声的反对态度。还有一种观点认为，超越粒子物理标准模型的理论还没有完全建立起来，目前造巨型对撞机就好像盲人摸象，瞎猫去碰死耗子，万一最后没有发现新物理呢。

对于这种看法，丘成桐进行了澄清：“无论对物理本身，还是对整个中国的科研，巨型对撞机都有重要的好处。做科学应该有大局观念，不能只看到局部或个人的利益。如果没有找到预期的新物理，这也不是一个坏消息，就像麦克尔逊-莫雷干涉实验一样。”他说，“1900年前后，麦克尔逊-莫雷实验为了测量以太漂移，设计了精巧的实验装置和方法，最后测到零结果——当时许多人感到沮丧，然而爱因斯坦却没有盲从，他在此基础上提出了划时代的狭义相对论。所以，没有发现预期的新物理并不一定是坏消息！一切科学探索的重要特征是在开始的时候没人能够确定最终答案。中国科学家要想做出重大科学发现，就需要勇于探索，抓住科学机遇，积极承担发现宇宙最深层自然规律的历史角色。”

事实上，巨型对撞机项目分为两个阶段，第一个阶段是正负电子对撞，进行精确测量，寻找新物理的迹象；第二个阶段进行质子-质子对撞，其对撞能量比目前LHC高出约一个数量级，是一个以发现新物理为主要目标的强子对撞机。这就好比 CERN 现有的27千米隧道的第一阶段运行LEP实验(正负电子对撞)进行精确测量，初步锁定希格斯粒子的质量范围，第二阶段进行LHC实验(质子-质子对撞)，直接发现希格斯粒子和其他可能的新物理。这种两阶段运行模式恰好是巨型对撞机计划优于国际上 ILC 等其他项目的吸引力所在。目前 CERN 也在积极开展类似的 FCC(ee + pp) 项目预研，这恰好表明其重要性和优越性。

丘成桐先生认为，在中国搞巨型对撞机需要花的400亿是分10年投入的，因此资金压力实际上并不大，而这个项目的科学价值无与伦比，是当下中国成为世界一流的负责任的科学大国非常值得做的事。

“自怜报国心犹健，但愧平生志未舒。日后河山兴大雅，闲情留待读诗书”。这是丘成桐先生在自己50周岁时写下的豪迈诗句。现在，他已年过花甲，“报国心犹健”，却还未曾“闲情读诗书”。

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