最近，數(shù)學(xué)家丘成桐和物理學(xué)家楊振寧，就中國是否應(yīng)該建造高能對(duì)撞機(jī)，發(fā)表了針鋒相對(duì)的意見，引起公眾的興趣。^[1]他們的分歧，牽涉到一系列與科技決策有關(guān)的重大問題，值得嚴(yán)肅討論。

本文將參照美國上世紀(jì)90年代初圍繞超導(dǎo)超級(jí)對(duì)撞機(jī)（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(diǎn)看法，以求教于兩位學(xué)者和關(guān)心此事的公眾。

九十年代初，我與高能物理史家Sam Schweber 一起，對(duì)當(dāng)時(shí)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(chǔ)的深刻變化。而Sam則有意進(jìn)一步討論這一內(nèi)生變化與外部環(huán)境變動(dòng)之間的互動(dòng)關(guān)系。后者主要指美國科技政策的演變，包括國際國內(nèi)環(huán)境和政策主導(dǎo)思想的變化。

作者：曹天予教授

經(jīng)過兩年多的調(diào)查研究，包括對(duì)三十余位粒子物理領(lǐng)軍學(xué)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(zhuǎn)型。^[2]1992年夏天，我們向物理學(xué)家Victor Weisskopf 提議，由他出面，在American Academy of Arts and Sciences 召開一次20余人的小型專題討論會(huì)，就此看法展開討論。

討論會(huì)籌備之初，正值SSC上馬下馬辯論漸臻白熱化。到正式開會(huì)那天（1993年11月6日），SSC敗局甫定，但以Steven Weinberg為代表的支持方, 與以Leo Kadanoff 和Ken Wilson 為代表的反對(duì)方，仍然就各自立場的基本理念進(jìn)行了激烈的辯論。

這一辯論的主要內(nèi)容和各方立場，實(shí)際上是美國高能物理學(xué)界60年代大辯論的翻版。差別只在于30年后形勢已轉(zhuǎn)為對(duì)支持方大為不利。當(dāng)前引起中國公眾關(guān)注的丘-楊二位美籍華裔學(xué)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(duì)當(dāng)前國內(nèi)圍繞丘-楊分歧展開的討論有點(diǎn)參考價(jià)值。^[3]

從60年代到90年代，美國學(xué)界、公眾和政府，對(duì)是否支持建造極其昂貴的高能（加速器）對(duì)撞機(jī)，有四條普遍認(rèn)同的標(biāo)準(zhǔn)：科學(xué)價(jià)值、應(yīng)用價(jià)值、社會(huì)價(jià)值和（資源-人才）代價(jià)。分歧主要集中在如何判斷高能對(duì)撞機(jī)可能為社會(huì)提供的價(jià)值。

粒子物理興起之初，即從二戰(zhàn)結(jié)束到50年代末，主要任務(wù)是理解核力。由于以下幾個(gè)原因，耗費(fèi)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(duì)峙的冷戰(zhàn)語境中，被認(rèn)為對(duì)國家安全（應(yīng)用價(jià)值）和國際威望（社會(huì)價(jià)值）至關(guān)重要。

其次，大批在戰(zhàn)時(shí)與軍方合作密切的物理學(xué)家，戰(zhàn)后進(jìn)入了政府高層咨詢-決策機(jī)構(gòu)，成為高能物理在政府中強(qiáng)有力的代理人。

最后，科技政策的主導(dǎo)思想，是以戰(zhàn)時(shí)負(fù)責(zé)軍事研發(fā)的Vannevar Bush為代表的對(duì)還原論的崇拜：即認(rèn)為，基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展，會(huì)自動(dòng)地帶來技術(shù)、工業(yè)、經(jīng)濟(jì)的繁榮和社會(huì)福利；而粒子物理則是一切基礎(chǔ)科學(xué)的基礎(chǔ)，應(yīng)該得到政府無條件的支持。

粒子物理的獨(dú)尊地位，到60年代初就受到嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。1963年，橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室主任Alvin Weinberg發(fā)表文章指出，基礎(chǔ)科學(xué)必須對(duì)鄰近學(xué)科有用或有相關(guān)性才值得支持；但高能物理對(duì)鄰近學(xué)科（核物理）的貢獻(xiàn)極為有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如分子生物學(xué)對(duì)其鄰近學(xué)科（如醫(yī)學(xué)）的貢獻(xiàn)；而其對(duì)技術(shù)和福利的貢獻(xiàn)則幾乎為零。

楊振寧親歷60年代的大辯論，當(dāng)然知道那時(shí)的學(xué)者、公眾和政府都已明白，粒子物理不但不可能自動(dòng)地帶來技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)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(yīng)用價(jià)值，也一點(diǎn)都沒有。這就是為什么美國政府，從1967年起就開始削減對(duì)粒子物理的支持。

當(dāng)時(shí)的一些學(xué)者，如Hans Bethe，Julian Schwinger 和Victor Weisskopf等，為粒子物理辯護(hù)時(shí)所訴諸的，主要是“物理前沿”、"對(duì)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(duì)于長期受還原論思想浸潤的粒子物理學(xué)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(duì)撞機(jī)游說時(shí)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Philip Anderson1972年在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的一篇文章，^[4]在物理學(xué)界的影響力迅速衰退。

Anderson的基本思想是：每一領(lǐng)域內(nèi)的基礎(chǔ)研究，是理解該領(lǐng)域現(xiàn)象的必要條件，必須支持。但不同領(lǐng)域間的還原，由于尺度不同和復(fù)雜性的牽扯，不可能導(dǎo)致（復(fù)雜領(lǐng)域從簡單領(lǐng)域出發(fā)的）重構(gòu)。

因此，粒子物理盡管在還原論的意義上是最基礎(chǔ)的領(lǐng)域，對(duì)其它領(lǐng)域的研究卻不可能提供什么幫助，因而不應(yīng)該享有任何特權(quán)。

當(dāng)時(shí)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(biāo)準(zhǔn)模型。吊詭的是，這一粒子物理史上最偉大的成就，卻把粒子物理帶入了最深刻的危機(jī)。

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(dāng)?shù)膶?duì)稱性，可以得到弱電統(tǒng)一理論；那么進(jìn)一步引入更大的對(duì)稱群，理應(yīng)導(dǎo)致更為成功的統(tǒng)一理論的發(fā)現(xiàn)。但實(shí)際上，統(tǒng)一弱電理論和（處理超強(qiáng)相互作用的）色動(dòng)力學(xué)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(xué)家面臨的形勢是：在標(biāo)準(zhǔn)模型范圍內(nèi)，一切都對(duì)，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(biāo)準(zhǔn)模型，則什么都錯(cuò)，即除了數(shù)學(xué)玄思以外，也無從做起。期望的落空導(dǎo)致對(duì)（還原論）方法的懷疑。后者更因粒子物理的內(nèi)部發(fā)展而強(qiáng)化。

我這里指的主要是對(duì)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Anderson的涌現(xiàn)論立場：即就自然規(guī)律而言，物理世界是個(gè)由大體上相互獨(dú)立的層次構(gòu)成的等級(jí)結(jié)構(gòu)。