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曹天予:丘-杨分歧及其语境-- 对撞机的价值与利益集团的忽悠

曹天予:丘-杨分歧及其语境-- 对撞机的价值与利益集团的忽悠

曹天予:丘-杨分歧及其语境-- 对撞机的价值与利益集团的忽悠

人文与社会
最近,数学家丘成桐和物理学家杨振宁,就中国是否应该建造高能对撞机,发表了针锋相对的意见,引起公众的兴趣。他们的分歧,牵涉到一系列与科技决策有关的重大问题,值得严肃讨论。本文将参照美国上世纪90年代初围绕超导超级对撞机(SSC)的辩论,以及作为其背景的美国高能物理及其政策环境的历史演变,就丘-杨间的核心分歧发表几点看法,以求教于两位学者和关心此事的公众。
作者简介: 曹天予
现任波士顿大学哲学系教授。剑桥大学科学史和科学哲学博士。曾是剑桥三一学院(Trinity College) 的Research Fellow,牛津万灵学院(All Souls College) 的Visiting Fellow, 普林斯顿高等研究院(Institute for Advanced Study) 的史学所(School of Historical Study) 和自然科学所(School of Natural Science) 的Joint Member。著有Conceptual Developments of 20th Century Field Theories (CUP [剑桥大学出版社],1997),From Current Algebra to Quantum Chromodynamics(CUP,2010)中译本《从流代数到量子色动力学》中国科技出版社,2015年;编有Conceptual Foundations of Quantum Field Theories(CUP,1999)中译本《20世纪场论的概念发展》世纪出版集团上海科技教育出版社,2008年12月第一版,和Philosophy of Science [Vol. X of the Proceedings of the 20th World Congress of Philosophy] (Philosophical Documentation Center, 2001)等书。

最近,数学家丘成桐和物理学家杨振宁,就中国是否应该建造高能对撞机,发表了针锋相对的意见,引起公众的兴趣。[1]他们的分歧,牵涉到一系列与科技决策有关的重大问题,值得严肃讨论。

本文将参照美国上世纪90年代初围绕超导超级对撞机(SSC)的辩论,以及作为其背景的美国高能物理及其政策环境的历史演变,就丘-杨间的核心分歧发表几点看法,以求教于两位学者和关心此事的公众。

九十年代初,我与高能物理史家Sam Schweber 一起,对当时粒子物理正在经历的变化产生了兴趣。一开始,我主要从粒子物理的理论发展来探讨其概念基础的深刻变化。而Sam则有意进一步讨论这一内生变化与外部环境变动之间的互动关系。后者主要指美国科技政策的演变,包括国际国内环境和政策主导思想的变化。


本文作者:曹天予  现任波士顿大学哲学系教授

经过两年多的调查研究,包括对三十余位粒子物理领军学者的访谈,我们的看法基本成熟,即粒子物理正在经历深刻的转型。[2]1992年夏天,我们向物理学家Victor Weisskopf 提议,由他出面,在American Academy of Arts and Sciences 召开一次20余人的小型专题讨论会,就此看法展开讨论。

讨论会筹备之初,正值SSC上马下马辩论渐臻白热化。到正式开会那天(1993年11月6日),SSC败局甫定,但以Steven Weinberg为代表的支持方, 与以Leo Kadanoff 和Ken Wilson 为代表的反对方,仍然就各自立场的基本理念进行了激烈的辩论

这一辩论的主要内容和各方立场,实际上是美国高能物理学界60年代大辩论的翻版。差别只在于30年后形势已转为对支持方大为不利。当前引起中国公众关注的丘-杨二位美籍华裔学者的分歧,可以视为同类辩论的微缩版。因此,美国60年代和90年代辩论中提出的种种说法,也许对当前国内围绕丘-杨分歧展开的讨论有点参考价值。[3]

从60年代到90年代,美国学界、公众和政府,对是否支持建造极其昂贵的高能(加速器)对撞机,有四条普遍认同的标准:科学价值、应用价值、社会价值和(资源-人才)代价。分歧主要集中在如何判断高能对撞机可能为社会提供的价值。

粒子物理兴起之初,即从二战结束到50年代末,主要任务是理解核力。由于以下几个原因,耗费巨资的高能加速器,得到政府无保留的支持。

首先,粒子物理作为核物理的延伸,有原子弹在二战中作用的背景,又在苏美对峙的冷战语境中,被认为对国家安全(应用价值)和国际威望(社会价值)至关重要

其次,大批在战时与军方合作密切的物理学家,战后进入了政府高层咨询-决策机构,成为高能物理在政府中强有力的代理人

最后,科技政策的主导思想,是以战时负责军事研发的Vannevar Bush为代表的对还原论的崇拜:即认为,基础科学的发展,会自动地带来技术、工业、经济的繁荣和社会福利;而粒子物理则是一切基础科学的基础,应该得到政府无条件的支持。

粒子物理的独尊地位,到60年代初就受到严重的挑战。1963年,橡树岭国家实验室主任Alvin Weinberg发表文章指出,基础科学必须对邻近学科有用或有相关性才值得支持;但高能物理对邻近学科(核物理)的贡献极为有限,远远不如分子生物学对其邻近学科(如医学)的贡献;而其对技术和福利的贡献则几乎为零

杨振宁亲历60年代的大辩论,当然知道那时的学者、公众和政府都已明白,粒子物理不但不可能自动地带来技术、产业和经济的进步,就连原子物理、核物理所具有的在原子能、核弹方面的那些应用价值,也一点都没有。这就是为什么美国政府,从1967年起就开始削减对粒子物理的支持

当时的一些学者,如Hans Bethe,Julian Schwinger 和Victor Weisskopf等,为粒子物理辩护时所诉诸的,主要是"物理前沿"、"对自然的基本理解"、"发现自然规律"、"提供统一的世界图像"等还原论理据。

由于历史原因,这些理据,对于长期受还原论思想浸润的粒子物理学家、政府官员和一般公众,具有不容低估的说服力。直到今天,丘成桐为对撞机游说时所依赖的,主要也还是这些还原论的理据。

但是,这些理据,由于Philip Anderson1972年在《科学》杂志上发表的一篇文章,[4]在物理学界的影响力迅速衰退

Anderson的基本思想是:每一领域内的基础研究,是理解该领域现象的必要条件,必须支持。但不同领域间的还原,由于尺度不同和复杂性的牵扯,不可能导致(复杂领域从简单领域出发的)重构。

因此,粒子物理尽管在还原论的意义上是最基础的领域,对其它领域的研究却不可能提供什么帮助,因而不应该享有任何特权。

当时的这些辩论,并没有影响粒子物理自身的发展。其最大成就,就是从60年代到80年代逐步确立起来的标准模型。吊诡的是,这一粒子物理史上最伟大的成就,却把粒子物理带入了最深刻的危机

首先,成功推高了期望。如果使用还原论的方法,通过引入恰当的对称性,可以得到弱电统一理论;那么进一步引入更大的对称群,理应导致更为成功的统一理论的发现。但实际上,统一弱电理论和(处理超强相互作用的)色动力学的种种努力,统归失败,更不必提统一所有自然规律的理论了(Theory of Everything)。

于是,粒子物理学家面临的形势是:在标准模型范围内,一切都对,因此已经没有什么开创性的工作可以做了; 而一旦超出标准模型,则什么都错,即除了数学玄思以外,也无从做起。期望的落空导致对(还原论)方法的怀疑。后者更因粒子物理的内部发展而强化。

我这里指的主要是对称破缺、重整化群、脱耦定理和有效场论。脱耦定理和有效场论的兴起,有力地支持了Anderson的涌现论立场:即就自然规律而言,物理世界是个由大体上相互独立的层次构成的等级结构。

如果在粒子物理领域内,高能过程对低能区的影响可以忽略不计(脱耦),那它们对其它物理领域就不可能有任何影响。仅此一条,就使上文提到的为对撞机做公关的还原论说辞失去了依托。

标准模型的主要创立者之一,Sheldon Glashow, 在我组织的《量子场论的概念基础》讨论会(1996年3月)上指出:"粒子物理已经不再研究(在自然界)发现的物质,而是研究用可观代价制造出来的物质。

tau轻子或W 介子永远不可能有实际用处。K介子发现已有半个世纪了,从来没有得到任何实际应用。(这类研究)不是对可带来繁荣的经济活动的有效投入,而是象喝苏格兰威士忌或听歌剧那样的纯粹支出:享受起来很舒服,但它提取而不是增加经济资源。"[5]

其次,成功还带来了幻觉,以为公众和政府还会象"黄金时代"(战后到60年代)一样,毫无保留地支持对无穷无尽物质奥秘的一切奢华探索。

而实际上,由于冷战的结束和苏联的消失,粒子物理的进一步发展对美国残留的唯一价值,即国际威望(社会价值),已经毫无意义。为此所需付出的(人才和资源上的)代价,在新的国际形势下,即西欧和东亚的经济崛起及它们在国际市场上与美国的残酷竞争,对美国说来已经成为不可承受的负担。

因此,美国的科技决策界,经过30年的犹豫(其中高能物理学界作为既得利益集团的压力不容低估),到了90年代初,特别是克林顿政府上台以后,终于痛下决心,放弃了基于还原论的对基础研究迷信的旧(Bush)模式,启动了以刺激经济、产业和生产力为主要目标的新模式。新模式的第一个牺牲品就是SSC[6]

不过,只要注意一下美国政府对"人类基因库"、"信息高速公路"、"大脑研究创议"等项目的支持,就可以知道,新模式并没有放弃对基础研究的支持,只是支持的必要前提是,研究必须为上述主要的经济-社会目标服务

粒子物理的麻烦是,它毫无可能满足这一必要前提

内外交困的粒子物理,到了90年代中,其危机深重已是不争的事实。小打小闹的诺贝尔奖得主不算,就标准模型的几位主要创立者而言,贡献最大的非Murry Gell-Mann 莫属。他从80年代起就离开了粒子物理,转而推动复杂性研究。

我问过他原因。他说没什么可做了,剩下的让博士后去做吧。当然,他是大手笔、大眼界:粒子物理已经成熟,没有什么开创性的工作可做了。能做的,既没有实用价值,也不能在理论上真正推进人们对物理世界的认识,那还值得做吗?

Glashow 的相似立场前面已经提到。当然,他觉悟得比较晚,到中间玻色子发现了才死心。至于Steven Weinberg,他当然绝不放弃他那还原论的终极理论的梦想。 但他也明白,物理上真正有意义有用的的还是有效场论

到1995年他出版The Quantum Theory of Fields一书时, 已把我和Schweber合作的专批还原论、提倡有效场论的长文[7]列入参考文献。在1996年3月的会上,他自己也大谈有效场论。[8]

身处危机,搞理论的可以改行;搞实验的就意味着丢饭碗,因此需要公关(公关就免不了忽悠)

公关的基本手法其实也简单。一是夸大科学意义,二是拼凑附带好处,三是压低估价。对于欧美富国来说,最重要的当然是科学价值。真有价值,他们并非不肯出钱。

CERN要上LHC,就极力夸大上帝粒子(Higgs 粒子)的重要性, 政府和公众一时信了,结果筹