楊振寧先生的大師風範
王令雋 2016年9月
2014年11月，我在華夏文庫上登了一篇文章《李政道教授的開明》，明確呼籲： “希望李政道教授，楊振寧教授和丁肇中教授吸取美國建造超高能對撞機的教訓，提醒中國避免重蹈覆轍，不要支持高能所籌建大型加速器的計劃。”
最近從鳳凰網讀到一篇原載於9月6日澎拜新聞網上的報道，說：“9月4日，著名物理學家楊振寧在《知識分子》發文，反對中國開始建造大型對撞機。次日，同在《知識分子》，中國科學院高能物理研究所所長王貽芳刊文回應，一一反駁楊振寧的反對理由。” 楊振寧的主要理由有三：1）造價過高；2）利小於弊；3）解決不了科學難題，因而不值得。
楊振寧認為，根據以往各國建造對撞機的經驗，比如美國中止了的SSC項目，浪費了30億美元；歐洲核子研究中心（CERN）現運行的大型強子對撞機LHC耗資100億美元，對撞機的建造成本是無底洞。他預估，中科院高能所建議的超大對撞機預算將高於200億美元（1335億人民幣）。楊振寧認為，對撞機的項目必將擠壓其他基礎科學的經費。
關於利弊問題，楊振寧教授認為，高能物理的突破之前沒有、今後也無法在短中期內給人類生活帶來益處，反而會對解決國內的民生問題不利。
對第三個問題，在楊振寧看來，對撞機是否能幫助物理學家找到猜想中的超對稱粒子仍未知。他認為，中國高能所成立以來，成果不明顯，並建議，相比超大對撞機，尋找新加速器原理和尋找美妙的幾何結構是更為經濟和符合總趨勢的研究方向。
讀完這篇報道，我非常感動，對楊振寧教授的為人和大師風範由衷地敬佩。同胞們都知道他和李政道教授是最早獲得諾貝爾物理獎的中國人，但是不一定知道他為什麽得獎。許多知識分子知道他們兩個獲獎是因為推翻了量子力學中的宇稱守恒定律。除此之外，楊振寧作了什麽貢獻，一般人大概不太知道，而且好像也不是太要緊。 隻要得獎了，別的都沒有關係。這就是一般公眾的心態。其實，楊振寧教授除了推翻宇稱守恒定律，對粒子物理更大的貢獻是和密爾斯提出了規範場理論。因此規範場也叫楊-密爾斯場。規範場理論奠定了粒子物理標準模型的理論基礎。通常一個人不能拿兩次諾貝爾獎，所以楊振寧先生並沒有因為提出規範場理論而第二次得諾貝爾獎。但是在楊振寧先生奠基的規範場方麵進行理論和實驗研究而獲得諾貝爾獎的重量級物理學家多達十幾人。粒子物理標準模型就是弱電統一的規範場理論。希格斯場（上帝粒子）也是規範場理論中的對稱破缺理論。說楊振寧先生是20世紀粒子物理理論的泰鬥和掌門人，是實至名歸，一點都不為過。可以說，楊振寧先生的一輩子都是貢獻給粒子物理事業的。他的功名利祿也是直接聯係於20世紀粒子物理理論的對錯。
按中國學術界的常理和風氣，楊振寧教授應該處處維護粒子物理標準模型的偉大正確，極力掩蓋這一理論的問題，到處為超大型加速器項目鼓吹，宣揚粒子物理理論如何重要如何神聖。可是出乎舉世意料之外，楊振寧教授不僅沒有為自己為之奮鬥一生並作出了舉世矚目的貢獻的理論大肆渲染，塗脂抹粉，反而十分坦率，毫不含糊地指出粒子物理理論存在的致命問題以及對解決科學難題推動科學進步的無能為力。這似乎非常令人費解。唯一的解釋是，楊振寧教授出於對人類民生的極端負責和對祖國的忠貞不貳的深深的愛，使他顧不得個人名譽和學術地位的進退。作為粒子物理理論的世界頂尖的傑出理論家和規範場理論的奠基者掌門人，楊振寧教授比誰都清楚規範場理論和從這個理論生長出來的粒子物理標準模型以及希格斯場（上帝粒子）假說的真偽對錯利弊要害。他認為必須說出來，必須公諸於眾，以免誤導輿論，誤導學界，以致勞民傷才，不可收拾。這是一個科學工作者的良心和一個真正的學者的大師風範。作為一個粒子物理學術界的導師，他不僅對粒子物理理論的潛在問題有最為透徹的理解，而且對國際上最主要的高能物理實驗設施的曆史與現狀了如指掌。楊振寧教授的意見比任何鼓動高能物理大躍進的意見都更專業，更科學。
楊振寧教授認為，高能物理的突破之前沒有、今後也無法在短中期內給人類生活帶來益處。也就是說，高能物理學界盡管自己吹得天花亂墜，實際上不可能對科學的任何分支產生任何影響，根本就起不到自詡為“基礎科學”的作用。楊教授說話比較婉轉，用了一個定語“在中短期內”。其實是永遠無法給人類生活帶來益處。對此，我在《致中國物理學界建議書》和《李政道先生的開明》中有非常詳細的分析。粒子物理標準模型的根本問題，舉其要者，有：1）幾十年無法根本解決的無窮大發散問題（重整化問題）；2） 誇克禁閉和電荷量子化問題；3）規範對稱性不允許任何粒子帶有質量，而必須通過壽命隻有10的負22次方秒的“上帝粒子”獲得質量；4）假定共振態為粒子；5） 同位旋假定（中微子振蕩，味道振蕩）；6）太多的自由參數（多達19個）；7） 強相互作用理論預言與實驗不符；8）虛光子問題；9）實驗檢驗的局限性。一個建立在如此之多的基本假定之上，存在如此之多的根本問題的理論，怎麽可能成立？怎麽可能在短中期內給人類生活帶來益處？怎麽可能在未來的任何一天給人類生活帶來益處？
事實上，從1930年代提出量子電動力學到現在，粒子物理已經走過了80餘年，對科學的任何分支都沒有起到任何作用，自己反而陷入了不可自拔的無窮大發散的泥潭。80年是中短期嗎？楊振寧先生朝未來前瞻了多少年呢？就算七八十年吧， 加上已經過去的80多年，就是一個半世紀，還是中短期嗎？如果你理解了粒子物理理論的星相學性質，你就能理解楊振寧先生的論斷。當然，楊振寧先生不一定會接受我對粒子物理理論的這一完全否定的評估，但是，他至少看到了，也坦承了，高能物理的突破之前沒有、今後也無法在短中期內給人類生活帶來益處。這就非常難能可貴。
楊振寧教授對20世紀粒子物理的疑慮，還表現在另一方麵：他不鼓勵年青學生學習粒子物理。一位教師決不會僅僅因為某個專業很難，就不鼓勵學生去學。事實上，如果一門學科真的對科學的其他分支的發展非常重要，即使再難，老師們也會激勵後生學子迎接挑戰，為科學的突破和發展作出貢獻。楊振寧教授不鼓勵年青學生學習粒子物理，說明他的內心對20世紀的粒子物理理論沒有信心。
至於粒子物理標準模型對科學的意義，不了解粒子物理本質和內涵的芸芸眾生，往往容易輕信粒子物理學界主流的科普公關宣傳，以為高能物理方麵的許多轟動世界的所謂“發現”，真的使科學一步步地接近“最終的萬能理論”，真的能讀懂“上帝的思想”。其實大謬不然。楊振寧教授比較委婉地給頭腦發熱的人們一個警示：對撞機是否能幫助物理學家找到猜想中的超對稱粒子仍未知。
粒子物理學界主流一般認為，弱電統一標準模型將弱相互作用和電磁相互作用統一了；LHC宣稱找到了“上帝粒子”，也得了諾貝爾獎了，算是畫了一個句號。粒子物理下一步的目標是什麽呢？是將強相互作用也統一進來，也就是研究所謂的“大統一理論（GUT）”。可是，“大統一理論”能標所要求的加速器比太陽係還大，根本就不可能實現。那麽，高能所提議建造的比LHC還大的加速器能做什麽呢？你們的“科研目標”是尋找所謂的“猜想中的超對稱粒子”嗎？超對稱是什麽東西呢？就是假定玻色子和費米子對稱（這些人也真敢假定），並且假定每一個已知粒子（哪怕隻是存在於理論中尚未有實驗證據的粒子）都必須有一個配偶，叫“伴子”。於是乎一夜之間，基本粒子的總數就翻了一番！這種理論複雜到要計算200年才可能知道是否收斂。標準模型的提出者之一格拉肖（也是諾獎得主）說：“超弦理論將演變出一些隻有在未來的神學院裏的神學家們導演的活動。自黑暗的中世紀以來，我們第一次看到崇高的科學研究最終的結局竟然是再次以信仰取代科學。”另一個諾獎得主特胡特說超弦理論“連被稱為錯誤都不夠資格”。（對超弦理論有興趣的讀者，可以參看我的《前沿科學還是前沿神學》一文。）
關於超弦理論，楊振寧先生其實也是不認可的。我在範德堡大學工作的時候，曾經聽過楊先生的一次演講。有人要他談談對超弦理論的看法。楊先生說超弦理論提不出任何可觀測的物理量供實驗檢驗。楊先生說“對撞機是否能幫助物理學家找到猜想中的超對稱粒子仍未知”，其實是非常客氣禮貌的。超對稱粒子純粹是數學家的空想奇想幻想。這樣幻想出來的粒子能夠找到嗎？國家的科研經費能夠大把大把地甩給你們去玩空想奇想幻想的遊戲嗎？
對於楊振寧先生的反對意見，高能所長王貽芳先生逐一進行了反駁。他認為，他們擬議中的 CEPC較LHC高10倍的測量精度，CEPC在確認希格斯粒子的性質、自耦合、是否與標準模型預言完全一致等上會有所突破，“無論LHC是否發現新物理，CEPC都是需要的，這是粒子物理發展中跳不過去的一步。” 這就太武斷了。如果標準模型是對的，下一步就是統一強相互作用，你們提議的CEPC能跳多大的一步呢？如果標準模型是錯的，粒子物理的發展為什麽還要一錯再錯，在LHC之後繼續往前跳呢？你們現在就立下規矩，不管結果如何，都是成功。如果結果與標準模型預言一致，你們會宣稱是偉大的成功；如果結果與標準模型不一致，你們會宣稱是偉大的發現。你們在項目立項之前就已經立於不敗之地。不過，在還沒有弄懂標準模型的發展前景之前就不管三七二十一先把納稅人的錢拿來花了再說，不太符合國家科研資金分配的原則吧？是不是應該首先由學界對立項的目標，意義，成本，可行性進行論證？比如說，你們打算尋找哪一個“超對稱粒子”？這個粒子（或超對稱粒子們）對粒子物理的發展有何意義？在這方麵，楊振寧教授的意見是否值得考慮？比如他說，“尋找新加速器原理和尋找美妙的幾何結構是更為經濟和符合總趨勢的研究方向。”他的意見是一個主流粒子物理理論泰鬥經過深思熟慮的意見。從他的意見裏看不出CEPC是“跳不過去的一步”。您自己也說，“CEPC在確認希格斯粒子的性質、自耦合、是否與標準模型預言完全一致等上會有所突破”。也就是說，你們也懷疑希格斯粒子是否與標準模型預言完全一致。如果不一致呢？那就說明希格斯粒子是假的，那就意味著所有的粒子都不能帶有質量，那就意味者標準模型的破產。如果能夠證明20世紀粒子物理理論和實踐的破產，使理論物理改弦更張，獲得新生，那這筆錢確實值得花。可是，這是你們提議建造CEPC的立項宗旨和研究目標嗎？你們連目前粒子物理標準模型的可信性和發展前景都毫無概念，就大幹快上，是不是好大喜功，缺乏實事求是的踏實精神？
對楊振寧教授所說“高能物理的突破之前沒有、今後也無法在短中期內給人類生活帶來益處，反而會對解決國內的民生問題不利”，王貽芳表示無法認同高能物理與人類生活的脫節，說“沒有高能物理，就沒有（或者推遲出現）觸摸屏，智能手機就是一個夢想；沒有高能物理，就沒有WWW網頁，大家就不能上網，網絡經濟更是無從談起。人類從WWW網頁中得到的收益，已遠遠大於此前對高能物理的全部投入。”
萬維網確實是為了解決歐洲核子研究中心的全球數據傳輸問題而開發出來的。但是王貽芳以此作為高能物理的成就，便十分荒唐。請問在全世界的哪一個高能物理實驗提案中，把建立萬維網作為研究目標了？高能物理中的哪一個理論或者公式，對萬維網的建立有任何聯係？如果萬維網既不是高能物理的研究目標，高能物理理論和實驗沒有也不可能對萬維網的建立有任何指導作用，那麽萬維網的建立就和高能物理實驗項目是否合理毫無關係。您就不要拿萬維網作為高能物理的成就來炫耀。如果高能物理實驗有善可陳，隻管陳述高能物理本身的成績和功勞，陳述它的“基礎科學”的功能，以及對科學的發展帶來的偉大進步。如果擺不出高能物理對於科學發展的任何功勞，對於國計民生的任何正麵意義，總是拿萬維網說事，實際上就承認了並證實了高能物理乏善可陳，無善可陳。萬維網之所以作為高能物理的副產品在歐洲核子研究中心產生，隻說明這樣一個事實：實驗高能物理是一種無比昂貴，需要許多國家的國力集體支持的營生。動不動就砸下去幾百個億，即使不能對國計民生和科學的其他分支產生任何積極作用，怎麽樣也得出點副產品吧。除了萬維網，您還可以舉出其他的一些副產品，比如粒子探測器，特殊材料等等。美國布魯克海文國家實驗室還有一個副產品，他們把閑置不用的加速器隧道變成了工作人員鍛煉的跑道。可以說，沒有高能物理，人們不太會建設如此高質量的地下跑道。如果遵照這種以項目副產品來為項目本身的合理性辯護的邏輯，我們還可以舉出許多例子。封建皇朝和佛道宗教搜刮民脂民膏，取之盡緇珠，用之如泥沙，用來建造宮殿陵寢寺廟道觀，所以才給我們留下許多名勝古跡，也推動了書法繪畫雕刻鏤金等等藝術的發展。能不能以此為封建製度和宗教迷信辯護？煉丹術士們在幾千年的煉丹實踐中，積累了很多有用的化學知識。能不能以這些副產品來為星相學和煉丹術辯護？馬謖失了街亭，所以軍事家才學會了空城計，京劇舞台上才有了連台好戲失空斬。能不能用空城計來為馬謖失街亭辯護？楊振寧教授說“高能物理的突破之前沒有、今後也無法在短中期內給人類生活帶來益處，反而會對解決國內的民生問題不利”，是對高能物理非常切當而坦率的評估。王貽芳所長如果不服氣，就應該說說高能物理的哪個實驗結果，包括高能所正負電子對撞機中產生的結果或成就，給人類生活帶來了，或者在未來的中短期將給人類帶來任何益處。
談到經費問題，楊振寧認為，根據以往各國建造對撞機的經驗，比如美國中止了的超級對撞機項目，浪費了30億美元；歐洲核子研究組織（CERN）現運行的大型強子對撞機LHC耗資100億美元，對撞機的建造成本是無底洞。他預估，中科院高能所建議的超大對撞機預算將高於200億美元（1335億人民幣）。對此，王貽芳表示，在他們團隊的規劃中，正負電子對撞機和質子對撞機將先後建設。預計在2022-2030年竣工的正負電子對撞機工程造價約400億人民幣。質子對撞機是否建設建立在正負電子對撞機是否有新物理跡象的前提上，工程造價在1000億人民幣以內，但不包括未來的通貨膨脹。因為質子對撞機的啟動條件是正負電子對撞機有所成績，王貽芳認為這不會是無底洞。
如果將正負電子對撞機和質子對撞機兩期工程的預算加在一起，王貽芳的1400億人民幣加上通貨膨脹，不會低於楊振寧估計的200億美元。巨額建設資金將如何籌得？ 王貽芳說，中國將承擔70%的費用。就是說，剩下的30% （60億美元）希望來自國際投資。王貽芳表示將專注於提高國際社會對該項目的興趣。外國人中有這種冤大頭嗎？美國早在1993年就將自己的超大型對撞機下馬了；俄國對建造超大型加速器從來就沒有多大興趣，從來不趕時髦。歐洲呢？您是能指望英國還是德國，希臘？能指望日本嗎？像這種涉及到60億美元的外國投資，沒有一點眉目，就先伸手向國家要幾百個億，合理嗎？另外，王貽芳所長說“質子對撞機的啟動條件是正負電子對撞機有所成績”。也就是說，您的提案的總體方案是否有意義，連您自己都不知道，要等到化掉了400個億再說。有這樣提案的嗎？正負電子對撞機能達到多大的能量？能解決強作用的問題嗎？高能所已經有了一個正負電子對撞機，解決了多少強相互作用的問題？那您的先決條件“正負電子對撞機有所成績”，指的是什麽成績？
楊振寧教授說“對撞機的項目必將擠壓其他基礎科學的經費”，這是美國建造超大性對撞機浪費的血汗錢的教訓。可是王貽芳卻認為，目前中國的基礎研究經費占研發經費的比重僅5%，低於發達國家的15%，這意味著基礎研究經費仍有大約每年1000億人民幣以上的增長空間。王所長在這裏用的數據是“基礎研究經費”而不是“高能物理研究經費”。您對各國在“高能物理研究經費”特別是在建造大型加速器方麵的投入比例有數據嗎？您得出的結論是，中國的基礎研究經費仍有大約每年1000億人民幣以上的增長空間。這麽說來，中國是比外國大大落後了，那您憑什麽說現在外國人沒有足夠的資金建造大型加速器，因此是中國建造超大型加速器的唯一的時間窗口？
我想提醒王貽芳所長和所有關心國家科技發展戰略的學界同仁認真思考一下歐洲核子研究組織國際關係部部長、物理學家魯迪格·沃斯（Rüdiger Voss） 博士的意見，“如果真要建造一部富於前瞻性的、有潛質的新機器，那麽50公裏的隧道長度會太短。粒子物理學研究 50年的經驗已經表明，利用大型加速器，要想從一代升級到下一代，要想真正有可能做出重要的新發現，你通常需要增加10倍的能量。” “這個項目是用大量資金投入去研究一個範圍極為有限的科學問題。這就提出了金錢投入的科學價值的問題，也就是金錢投入在建設一個富於前瞻性、長期的科學未來方麵的可能性問題。”沃斯博士的這個意見，將直接影響到外國參與的可能性。 我相信，王貽芳所長和楊振寧教授都是希望中國的科技突飛猛進，在國際上領先的。但是如何趕超，從哪個方向突破，是一個值得學界每一位同仁認真思考的。否則，勞民傷財，將大筆國家緊缺的科研資金用在不切實際的項目上，擠壓其它基礎科學和應用科學的經費，反而會嚴重阻滯國家科學技術的發展。像上帝粒子這種東西，理論上是荒唐的，實驗上是失敗的。歐洲核子研究中心在上個世紀進行了非常認真的搜求，沒有找到任何上帝粒子存在的證據；美國的費米實驗室也進行了多年的搜尋，同樣沒有搜尋到上帝粒子存在的痕跡。去年LHC看到了散射能譜上的微小隆起，就宣稱疑似“上帝粒子”。理論界出於需要，立即宣布“找到了上帝粒子”，並且以諾貝爾獎蓋章論定，是非常不嚴肅的，也是不幸的。國人受諾獎的錦標誘惑，盲目追風，不撞南牆不回頭。事實上，粒子物理早就已經撞上南牆了。國人不能獨立思考，又缺乏美國人的實事求是的精神，限於泥潭而不能自拔，甚至在外國人已經力圖從神學星相學泥潭脫身的時候，中國學界不但不能趁機跳出泥潭，搶占曆史先機，立即投入到核物理和凝聚態物理的研究，引領國際學術潮流，反而對洋人的錯誤亦步亦趨，甚至一個猛子往泥潭深處紮進去，居然還自以為得計，好像自己是泥潭裏獨一無二的英雄，領先國際了，這是何等的悲劇啊！
最後，對於理論物理未來的發展方向，我想表達一點與楊振寧先生不同的看法。楊振寧教授建議，相比超大對撞機，尋找新加速器原理和尋找美妙的幾何結構是更為經濟和符合總趨勢的研究方向。楊教授的建議仍然脫離不開粒子物理標準模型的老路子。在實驗手段上，仍然離不開高能碰撞實驗的老辦法。在自然哲學上，仍然認為理論的出路在於對數學對象的對稱性和幾何結構的美學特征的研究。我認為，理論物理之所以走入死胡同，恰恰是因為物理學家們把數學對象的對稱性和幾何結構的美學特征置於物理事實之上，以至於規範協變性不容許任何粒子攜帶質量，而必須通過壽命隻有10的負22次方秒的上帝粒子來獲得質量。以至於將無質量的光子認定為由重質量的粒子組成，以至於穩定的不可分的質子被認定為由短命的帶分數電荷的誇克組成。如果理論物理繼續沿著這條道路走下去，無論如何走不出死胡同和迷宮。物理學的真正出路，在徹底改弦更張，不是去研究核子（質子中子）和光子的結構，而是要研究核本身的結構。為此，就必須立即開始對所有核同位素的穩定性的實驗普查，然後從核同位素的穩定性的規律中找出核力的具體形式。我的直覺是，真正的核力不應該是分成弱相互作用和強相互作用，而應該是單一的相互作用力，隻是在不同的核反應中表現出不同的反應速度而已，一如氧化作用可以慢如金屬生鏽，快如氫氧爆炸。20世紀的粒子物理完全不能處理強相互作用，對弱相互作用的處理也問題多多，正說明這個理論的無能和謬誤。如果中國能夠率先從核同位素的穩定性的普查入手進行核結構的實驗研究，並由此獲得階段性的理論突破，一定會有驚世駭俗的發現，並且非常可能找到實現受控熱核反應和反應堆小型化的鑰匙，徹底解決能源危機。這才是科學強國領先國際的正道。不此之圖，仍然在20世紀粒子物理的老路上徘徊歧路，眷戀窮城，隻能坐失千載難逢的曆史機遇，跟著國際粒子物理主流一起沉淪。對此，我在2014年第三屆北相高端論壇的報告《物理學的出路和中華學派的曆史責任》中有詳細的分析。
謝謝王教授非常及時的評論。 楊振寧先生94歲了， 思維清晰， 嚴謹科學的指出了這個項目不合中國建設的意見。對比數學家丘成桐（基本特征是在任何場合對自己吹捧）的胡說八道，直有雲壤之別。
最近看Freeman Dyson 的《Birds and Frogs》對楊振寧的評價， 楊先生真得不是一般的人。 過去聽陳省身先生說：楊振寧的數學不得了。李政道先生評價說：楊先生主要的是一個數學物理學家。 這可能是他更注重數學在物理中的作用的緣故。 楊的父親楊武之一生寫過三篇文章， 其中的一篇楊推廣了一些。 群的對稱對他來說像天生的一樣。 但奇怪的是， 他的諾貝爾獎竟然是將不對稱的物理。 曆史的辯證法真的厲害。
Dear Guoke,
謝謝您的評論。李楊都是十分了得的數學家。國內的理論泰鬥如張宗燧，戴元本，朱洪元等也都是了不起的數學家。一般認為，從事理論物理研究必須具有深厚的數學素養。其實牛頓和麥克斯韋都是大數學家。物理學家精通數學本來是好事，某種意義上說成功的理論物理學家必須是數學家。問題是任何時候都應該清醒，數學隻是解決物理問題的工具，而不應該是對大自然規律的專製。不能因為滿足數學美而罔顧物理事實。否則最後連數學美也照顧不到了。狄拉克說重整化“在數學上是醜陋的”，就是最好的例子。因為理論物理對數學要求很高，使得一些不懂物理的數學家們如霍金邱成桐等人也來攪和物理，結果把物理學界搞的烏煙瘴氣。弦論可以叫做應用數學或者數學遊戲，但絕對不是物理。
您說的曆史辯證法還有一個例子：規範場理論以對稱始，以對稱破缺終。可是理論界就是不醒悟。這就叫慣性。