试听180秒03何去何从：大型对撞机

物理学的最高教义是“统一”，认为所有规律最终都是相通的，而目前却有四种基本的相互作用关系，把物理学分成了4大块：

第1块.引力：万事万物只要有质量就有引力，这叫“万有引力”。
第2块.电磁力：就是电和磁那些东西，还有，化学反应的本质就是电子换来换去，这也是电磁力。
第3块.强力：比如把质子拧在一起形成原子核的这种力，按理说带正电的质子靠这么近，排斥力是无穷大的。强力是物理学中比较难的领域，相关的研究非常浅层。
第4块.弱力：比如放射性衰变这些，平时接触的比较少。

还有可能存在人类尚未发现的其他作用关系，先不管了。前沿物理学就是为了撮合这四个力，谁要能把这四大力统一了，那就是比肩牛顿和爱因斯坦的存在，更重要的是，物理学的新一轮爆发，会对人类科技产生巨大的推动作用，科幻电影的场景指日可待。此等份量，多少物理学家为之前仆后继！

那么目前这个活干的怎么样了？这个话题就又得从量子力学和相对论说起。

话说当年，牛顿领着众人盖了一座经典物理学大厦，最后麦克斯韦把电学和磁学一并摁下，做了个完美的收官，将所有理论归于一统，把物理学大厦收拾的规规整整。至此，物理学家的活就算干完了。

当时的物理学是怎样一副景象呢？还记得普朗克吗，就是量子力学里第一个提出能量是一段一段的那位，算得上是量子力学的创始元老之一。这哥们儿年轻的时候立志要投身物理，他导师说：“年轻人，物理学已经是一门完成了的科学，不会再有多大的发展，将一生献给这门学科，太可惜了。”后来人算不如天算，爱因斯坦一众人借着“两朵乌云”把物理学大厦推倒了，随后出现了两条岔路：量子力学和相对论，这就是“现代物理学”的起点。现代物理学这个概念区别于经典物理学。

所以，后人称：一牛二爱三麦，也就是牛顿、爱因斯坦、麦克斯韦。这三位是在物理学史上是封了神的，头三把交椅无人撼动。

小爱那帮人拆了老大楼后，物理学就换了个光景。

往这边看，量子力学碎成一地，只能在废墟上捡些砖砖瓦瓦（其中最大的一块砖就是“薛定谔方程”），但如何用这些砖瓦重建大厦却是毫无头绪。

往那边看，在相对论的路上，只有爱因斯坦独自徘徊，不但成果寥寥无几，而且与量子力学渐行渐远，仿佛就不是同一个世界的！

物理学被折腾到这般田地，着实让人心痛，那总得找个念想吧！于是，物理学开始流传一个传说，只要统一了“四大基本力”，就能重建物理学大厦。

江湖风云再起，量子力学和相对论两大帮派，开始跑马圈地。

毕竟量子帮人马众多，很快就混得风生水起，把电磁力，强力，弱力，三大力收入麾下。

光杆司令爱因斯坦的相对论就捞了个引力，这风云突变的江湖，有个关键人物：对撞机。

量子帮常年在微观领域混，自然是拿粒子开刀，遂设一分舵：粒子物理学，又叫高能物理学。简单点说，就是为了弄明白粒子到底是什么玩意儿。（这里给小学朋友打个补丁：粒子就是电子、质子、介子、夸克、中微子等等等等所有这些小玩意儿的统称，目前已发现几百种粒子。）

好，那粒子就粒子呗，为啥叫高能？在微观领域，“看”这个词是没有意义的，你想想，可见光的波长是几百纳米，而原子的大小是0.1个纳米，可见光照过去根本就不存在反光，你怎么看得见呢？这里打个岔，说某某原子是某某颜色，这就是一个伪命题，几十纳米以下的东西是不存在颜色这个概念的。

研究微观粒子，主要就一个手段：撞！狠狠地撞！这需要很高的能量，“高能”这名就这么来的。

白话文翻译翻译。如果想研究汽车，吃瓜群众的做法是，拆开，看，看到变速箱就说明有变速箱，看到发动机就说明有发动机，看到方向盘就说明有方向盘。而在高能物理学家这里是没有看这回事情的，他们的做法是，加速两辆汽车，让它们对撞，如果飞出个轮子，就认为汽车含有轮子，飞出个方向盘，就认为汽车含有方向盘。然后，飞不出更多东西了，就提高汽车速度，再撞，结果又飞出个发动机，就认为汽车含有发动机。

起初大家撞的很开心，只要撞出一个新粒子，妥妥一个诺贝尔奖。但是很快就撞不出新东西了，怎么办？高能物理学家说，当然是再加快速度啊，把汽车加速到接近光速，说不定能撞出油漆呢。于是就需要大型，不对，是“超大型对撞机”。这需要烧大把大把的钱。

这钱到底该不该烧？这个话题隔三差五就会火一阵。咱们先不要着急，看看这里到底怎么回事。

物理学家根据两大帮规，提出形形色色的粒子模型。有人认为汽车是地上跑的，那么他就期待撞出个轮子，别撞出机翼；有人认为汽车是电驱动的，那么他就期待撞出个电池，别撞出油箱……当然这涉及异常复杂的数学和逻辑，不是天马行空的臆想。其中的巅峰人物便是：杨振宁。

老杨可是个大牛人，有多牛呢。非阿贝尔规范场理论、宇称不守恒定律、杨－巴克斯特方程……这些，我等凡人就别看了。诺贝尔奖的份量也还是不够说明问题，在物理学历史上，有那么几号人，如果没得诺贝尔奖，那不是他们的遗憾，而是诺贝尔奖的遗憾。老杨够得上这个级别。

这么说吧，老杨带领量子帮建立了标准粒子模型，统一了三大作用力，在物理史上，老杨可以说是“坐五望四”的存在！

面对“粒子是个什么玩意儿”这个近乎哲学的问题，老杨几乎交了一份标准答案！简单来说：费米子是组成物质的粒子，玻色子负责传递各种作用力。比如电子、中微子等等这些就属于费米子，相当于构成物质的原材料；玻色子负责传递相互作用，比如负责传递电磁力的光子，负责传递强核力的胶子，等等。这套模型统一了四大力当中的强力、弱力、电磁力三大力，唯独缺了引力。

白话文的意思：老杨说，汽车是由轮子、发动机、车门、变速箱等等组成的，然后通过电路相互联系。然后，众人纷纷沿着老杨的套路往下走，找到了轮子，得诺贝尔奖。找到了车门，得诺贝尔奖。老杨们都很开心，诺贝尔奖拿到手软。

同时交卷的，还有隔壁老王们，他们觉得老杨们太敷衍，光折腾“粒子是个什么玩意儿”太没劲，于是就挑了个更高级的命题：“宇宙是个什么玩意儿”。然后在答卷上洋洋洒洒写下四个大字：“超弦理论”。简单描述一下这个理论，分子是原子构成的，地球上有一百多种原子，再进一步细分，这些原子由质子、中子、电子构成的，超弦理论认为，这还不够彻底，还能再进一步细分，所有的粒子，本质上都是由一小段一小段的能量弦构成的。

也就是说，老杨的粒子模型认为，宇宙万物是由形形色色，多种多样的粒子组成的，老王的超弦理论认为，宇宙万物最终都是由一种能量弦构成的。不过这扯蛋的理论至少需要十维才能自圆其说，比如，引力之所以不像电磁波会被屏蔽，是因为引力子走的是更高的维度，这样四大力就统一了。

超弦理论数学无比漂亮，结构无比完美，个中代表便是美籍华人数学家丘成桐（就是呼吁烧钱那位）。尽管超弦理论是数学家为物理学家准备的完美情人，不过……证据一个没有！目前只是个猜想。为了找到这个完美情人，需要对撞机撞出个“超对称粒子”，帮助超弦理论从单纯的数学模型变成实质的物理定律。

老王们说，无论车门还是发动机，汽车本质上全是由铁组成的，只要速度再提高就能把一切都撞成铁片。

高能物理的阅卷老师就是“大型对撞机”。粒子通常带电，所以用电场加速，用磁场控制方向，但粒子对撞并不是手枪对射那么轻松，过程中需要对粒子流进行操作。想要存放接近光速的粒子，只能让它们绕圈，不然你就是把管道修到月球上，也放不了2秒钟。所以对撞机一般都由直线加速部分和存储环或加速环组成。

要让近光速的粒子拐弯，你想想，得多大的磁场？速度越快，拐弯越难，所以圈也就越大。这个圈的大小是衡量对撞机水平的一个重要指标。

当对撞机能量为10亿ev时，撞出了轮子，验证了老杨的理论；没撞出铁皮，无法验证老王们的理论。老王们说，再造一台十倍能量的对撞机，超弦理论就能验证。

当对撞机能量为100亿ev时，撞出了变速箱，验证了老杨的理论；没撞出铁片，无法验证老王们的理论。老王们说，再造一台十倍能量的对撞机，超弦理论就能验证。

……

然后，一直造到了10万亿ev，撞出一堆反光镜、挡风玻璃、刹车油门什么的，依然只验证了老杨的理论，依然无法验证老王们的理论。老王们说，再造超超超大型对撞机。

于是争论就来了。

对撞机撞了这么多年，把老杨的理论越撞越稳固，而根据老杨的理论，再撞下去意义也不大了。于是老杨就跳出来说，老王们别折腾了，真理在我这儿，你们赶紧想别的辙吧！

老王们想，连几百年的牛逼顿大楼都能被捣毁，老杨的理论才撞了几十年，算哪根葱！于是，吵着还要撞，下一把只烧1000亿。

反对者就起哄：你们这套路不行啊！估计50年都没戏！钱都被你们烧了！我们烧什么！

支持者也起哄：你行你上啊！没有新套路就按老套路办！

吃瓜群众：这个人品有问题，那个吃相太难看，这个出身有问题，那个血统不纯正……烧也行，呃，不烧也行……反正我就是知道。

造一个对撞机真的有这么难吗？那就看看别人家玩的怎么样

80年代末，美国计划用40亿美刀烧一个“超导超级对撞机”（SSC），这是怎样一个怪胎呢？单就说说那个环的大小吧！

第一段环形低速加速器600米，第二段中能助推器10.8公里，第三段高能助推器10.8公里，最后一段是87.1公里的对撞环。这台设备几乎就是绕着城市建的。

首先沿着城市外围挖了一条隧道。然后，加速器的超导管道就沿着这些隧道放，5年烧了20亿美金，才完成了20%的工程，于是，大笔一挥，预算增加到83亿，这可是八九十年代的83亿啊。刚上台的克林顿吓得差点没尿裤子，直接砍了项目，20亿打个水漂，然后去忽悠欧萌烧，“萌萌，你烧一个吧，等你烧好了，我家老王们过来帮你一起撞。”

欧洲作为西方文明的发源地，历来比美国憨厚的多，于是拍下80亿美刀要烧“大型强子对撞机”（LHC），勤勤恳恳烧了14年，这种长时间的项目不超预算是不可能的，最后烧了个天文数字。2008年正式启动测试。

LHC有个27公里长的圆形隧道，位于地下100米，貌似是人类造过的最大装置了，就为了加速最小的粒子。这个颇具浪漫主义色彩，人类造的最大设备居然是为了加速最小的粒子。

粒子在管道里加速，然后相撞，物理学家一直期待能撞出超弦理论最主要的假设：超对称粒子，以验证超弦理论。

LHC可以把相撞粒子加速到光速的99.9999991%！这已经非常接近光速了。2015年12月15日，欧洲原子能研究机构宣布：不出意外，一个超对称粒子都没找到的。你想想那么快的速度都没有撞出新东西，物理学家该有多绝望。这一撞，有人称之为“高能物理的绝唱”。

尽管超对称理论的原始参数空间已经有99.99%被否决了，老王们依然不甘心，为了这剩下0.001%的可能，还得再烧1000亿。当然，无论再烧多少钱，都不可能把这剩下的0.001%消灭干净，还会有0.0001%，0.00001%……

如今地主家没余粮了，于是老王们希望中国能接着烧。

欧洲LHC花费巨资，消耗无数人才，撞到现在最大的成就就是撞了个“希格斯玻色子”，俗称上帝粒子，它解释了质量的来源，更加完善了老杨的粒子模型。其他成就乏善可陈，大家都觉得有些不好意思，于是给了个诺贝尔安慰奖。

虽然老杨的模型不完美，压根没考虑引力，却非常实用，而完美的超弦理论依然是水中花镜中月。

这里得明白，完美的数学模型不一定就是真理。当年牛顿的数学模型也很完美，为了让牛爷的理论放之宇宙皆准，后来大伙搞了个“以太理论”，和绝对时空观，结果都是一场空。

那么接下来怎么办呢？大型对撞机，到底要不要造呢？

各位，快歇歇吧！连中微子都不认识，却在操心要不要造大型对撞机。通常来说，这种不涉及民生的行业问题，都是行业内部解决，外行别跟着瞎起哄，增加无谓的政治压力。

但是为了过把瘾，我就代表吃瓜群众小小起个哄吧。

对撞机是否是唯一出路？在前沿物理，人类那点知识比古人好不了多少，谁也不知道！所以，大型对撞机就成了人类文明的一场豪赌！下一轮赌注：1000亿，胜率：0.001%，收益：科技大爆发。

基础科学有个头疼的事情，一则与创造财富非常遥远，二则不存在产权保护（比如我发现地球是圆的，这个产权怎么保护？），几乎就是一个纯烧钱的活动。如今，应用技术虽在井喷，但基础科学举步维艰，可能是真的遇到瓶颈，也可能是各国长期投入不足导致的。

换个角度看，18世纪世界科学中心在英国，19世纪世界科学中心在德国，20世纪世界科学中心在美国，21世纪你要不要争取一下？当前全球经济一片哀嚎，政治环境焦头烂额，中国兴建大量的硬件设施（如贵州“天眼”已投入运行，空间站也陆续发射），再加上稳定的政治环境，必然会引起各国科学家来华工作，促进科学中心的转移。如果综合这些因素考虑，中国人为基础科学花点钱，未尝不可。想想美国老大哥，不光是潜艇航母核导弹，基础科学的大旗也得抗起来。

回到实际操作上，1000亿走正常的预算流程，肯定会挤压其他科研经费，这对整体的科研环境是非常不利的。若是非要赌一把，必须得是赚外快的钱，比如：

把湾湾收了，对方每年上百亿美刀的军费不用上供美帝，一年就可赌一把。

把足球彩票改成“对撞机彩票”，一年就可赌四把，成果保证不会比足球差。 

各位吃瓜群众，你有没有搞钱的好路子呢！