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对话王贻芳:听一堵墙在说什么

2020年11月14日 文/ 李斐然 编辑/ 槐杨

高能物理学家的工作,就是去凝视一个粒子。这个过程要非常小心,因为潜藏在微观深处的粒子是很容易被人类误解的。人类长期以为中微子是没有质量的,直到实验推翻了这个误判;希格斯粒子也一度被人怀疑并不存在,直到CERN用世界最大的粒子对撞机见证了它的出现。实验是一个粒子证明自己的唯一机会,在人类创造的极端环境下得到激发,挣脱束缚,去呈现自己究竟什么样。

和那些沉默的粒子一样,粒子背后的物理学家们也少有机会证明自己。把他们和普通人隔开的是悬殊的认知差。跟物理学家王贻芳对话,像在对着一堵墙。在不断蹦出来的质子、轻子、弱作用这些物理术语中间,出现频率最高的一句话是,「你自然而然就会问,这是为什么」,但他似乎没有意识到,大部分人都没有他这个疑问。只有翻越了这堵物理术语的墙,才能看到物理背后的人。

以下是王贻芳与《人物》的对话,听一堵墙如何定义自己,又如何理解自己的存在。

文|李斐然

编辑|槐杨

谈争议

人物:围绕你的争议当中一个核心批评是,高能物理是一个没有前途的学科,它是走到头了的领域。这一点你是怎么理解的?

王贻芳:我们研究物质结构的尺度越来越小,我们走过的路,后面留下的会成为一个新的领域。最早大家研究分子,然后研究原子、原子核、基本粒子。研究分子的人留下来研究化学,研究原子的人留下来研究凝聚态物理,研究原子核的留下来研究核物理,再往前走,我们粒子物理研究的东西越来越小,整个科学发展都是这么往前走。

科学历史上,我们很多次被别人说,我们到头了。在量子力学还没发展出来的时候,当时最著名的物理学家就说,物理学到头了。当时研究的是经典力学,看起来是这样。有些人自己待在这儿,觉得眼前就是全部。他不往前走,要么觉得不重要,要么觉得困难,离现实有点远,他看不到前面有路。其实他可以留在那儿,没问题,但是你不能说往前走就是没有意义的。

人物:具体来说,粒子物理的科学共识是什么?

王贻芳:大家的共识是,希格斯粒子是发现未来新物理的最好窗口。我们看到的很多奇怪的事情都跟希格斯粒子有关,我们有很多疑问,数据也有很多不自洽。而这个不自洽、不合理,其实跟一个更深层次的新物理世界相关。它不是对标准模型的简单修改,它一定是深层次的、巨大的、全新的物理层次。

最终想要看到这个东西,需要的手段越来越复杂,需要的规模越来越大,这个时候大家就发现,我们需要一个好的实验。以前这个领域可能有100个小实验,也花这么多钱,你有你的钱,我有我的钱,各做各的。现在越做到最后,大家越认识到,我们只有一条路,就是一起做一个大规模的实验,效益更好,性能更高,取得成果的可能性更大。

但把100个小实验合成一个大实验,把钱合在一起,这就变成一个问题了。其实,如果去算50年代到现在的数据,整个高能物理的经费占GDP的比重,我们没有增加,实际上还在下降。我们没有比别人多花钱,只是把钱合起来,规模大了,看起来钱多了。

从某种程度上,它也反映了整个科学发展的趋势,早年间大家做生物也是一样,有个显微镜就行,但现在做人类基因组序列,做蛋白质结构,也越来越大。科学手段都是在慢慢集中,粒子物理的这种研究范式可能比别人早了30年,大家还没有认识到这一点。

2006年大亚湾中微子实验合作组会议期间,李政道(左)询问王贻芳项目进展情况

人物:中国的粒子物理学家在世界上是一个什么位置?一个中国物理学家在CERN有没有可能去主导最主要的实验?

王贻芳:可以做到,但是没有做到。科学的竞争不是说你只要投力气就行了,一个人也可以成为领袖,100个人也可以完全说话不管用。科学靠的是脑子,比你的经验,比你的能力,比各方面的见识。另外还需要国家的投入,没有经费贡献,也不可能。

中国的粒子物理学研究低于发达国家的平均水平,个人打不过人家,(整体)规模也不如人家。这是一个客观的事实。中国高能物理在国际上的地位,至少到目前为止,用一句话来描述,叫做占有世界一席之地。什么叫占有一席之地?就是我找一个角落,我能站住,我不可能跟你干仗,顶多在一个很狭窄、很细分的领域,集中精力可能打一场胜仗,但是我们基本上就是游击战的胜利,不是规模性的阵地战的胜利,我们远远达不到这个水平。

不同的能量下,研究的物理问题是完全不一样的,就像是我们的北京正负电子对撞机,和CERN的加速器研究的科学问题,基本是两码事。学科上都是高能物理,大家都要用量子力学,那是共通的。但对行业里的人而言,这是完全不同的人,做完全不同的事情。我们的对撞机能区很低,我们对最高能的东西没做过,只知道大概意思,但并不理解里面具体的东西,说句实话,就是懂得不多。我们在高能物理,特别是最高能的物理方面,是没有太多话语权的。

人物:为什么奔着CEPC这样的目标去?

王贻芳:过去30年,全世界都在讨论下一步高能物理做什么,但这个讨论里是没有中国人的声音的。基本上人家讨论,我们就在那儿听着。要做直线,为什么不做别的,多少能量,用什么技术,我们都插不上嘴。

CEPC对中国的高能物理来说,是一个巨大的跨越。我们第一个指出未来环形对撞机是高能物理的发展方向。这是一个出乎大家意料的事,一开始大家用一种极为奇怪的眼光看我们,什么,你没在开玩笑吧?我们不但参与了讨论,还把路径都铺出来,未来是往这边走的,要做环形,先电子、后质子,为什么,1,2,3,4,道理讲出来。在科学上,这个意见不是我说一句话,说做环形就做环形的,后面是要有基础工作的,要有道理的。这种话语权来自于你对科学未来发展的判断,你对不同方案的理解和比较。

人物:CERN今年宣布了他们的欧洲战略,路径跟你们2012年提的一模一样,知道这个战略的时候是什么心情?

王贻芳:其实CERN内部讨论的时候,我早就知道了。他们也问过我的看法,我就给他们建议,这个建议跟最后出来的结果是一样的。

看到(最新战略)以后,心情很复杂吧,第一呢,他们最后选择了跟我们一样的路径,至少证明了在未来高能物理发展方向上,我们的看法是正确的;第二,对我们是个压力,是个竞争。科学上你也挡不住人家的竞争。因为高能物理走到最后,大家对未来发展想的都是同一条路,就只有这一条路,所以竞争是没办法的事,就只能正面竞争。

对中国来说,我们以前不正面竞争,你做的事我不做,我找一个角落,占一席之地,做你不做的事情。这是我们第一次走到了可以跟别人正面竞争的位置。所以我们希望争取能够让大家理解我们在做什么。我们的科普可能做得也不是那么有效,解释做得也不那么好,但我们尽力。

人物:你给CERN的建议是什么?

王贻芳:就是FCC(Future Circular Collider,未来环形对撞机)应该先电子、后质子。(注:CERN此前其他备选方案包括FCC质子为先、直线、低磁场质子、muon子对撞等。)我们都是做科学的,我不可能因为我们有竞争,就给你建议一条我自己认为科学上第二好的路,把最好的留给我,这事我做不到。科学上有一句话,我可以不告诉你所有我想的事情,但是我说出来的,一定是对的,我不说假话。

包括美国来问,我也跟他们说,做铁基高温超导啊,为什么不做铁基啊。这个没什么好藏的,当然配方我不会告诉他,这是技术秘密,但你要是相信这是对的,我做什么事就不瞒着他们。

我告诉他们了,但他们说,你说得很对啊,我们也应该做(铁基),但是没办法,钱被别的组拿走了,他们已经做了30年别的路径了,怎么会做铁基呢?所以任何一个国家,走到最后选择的路,不是说我想走就走,他会有一个路径依赖。你走到这条路上了,你就不能跳,得做一辈子。日本也可以选CEPC,可是它做ILC做了二三十年了,它就有个路径依赖。CEPC亮度高六倍,性价比高六倍,他们为什么不选?路径依赖,没办法。

2007年10月24日,北京谱仪III桶部量能器安装成功,王贻芳在量能器上签字

谈困境

人物:听了这么多年的反对声,现在知道有人反对你的时候,是什么感受?

王贻芳:我觉得挺正常的,某种程度上,算是习惯了吧。有人担心,有人反对,这我不怕,因为这些困难我都想清楚了。大家一起走路,我走前面,看见前面有个坑,也知道怎么跨过去,他也看见了,但他还不知道怎么过去。

人物:类似规模的大科学项目,是大家都遇到这么多反对,还是你做的事情反对最多?

王贻芳:所有的项目都会有反对意见。但是我遇到的反对意见,都反对在我的关键点上。这个实验要成功,这一点必须要过得去,但一般人都认为你是过不去的。做大亚湾的时候,各种各样的反对,法国人在我们前面、意义不大了。做光电倍增管,日本滨松专门通过私人渠道跟我说,你那个肯定做不出来。做江门(实验),国际中微子权威跟我们所里的老同志说,瞎扯,根本不对,做不出来。

我们是经过论证的,我们有办法克服困难。比如说光电倍增管,CEPC的反对意见,我们心里都清楚,内部所有学术的反对意见都过了一遍又一遍,我们清清楚楚。

人物:你们找到的路能说服得了其他人吗?

王贻芳:有时候说得清,有时候说不清楚,因为你自己必须真走到那个坑里,才能理解这件事。没有走过的路,你跟他讲是没有用的,他听不懂,也听不进去,让他自己走过去他就知道了。时间会解决一切。你把东西做出来,大家都没话讲。

人物:但在科学前沿上,往前看是一件很难的事,前面是谁也没到过的地方,没有人知道答案,你心里会打鼓吗,会不会看错了?

王贻芳:当然会,没有任何人是永远正确的。有些时候也会看错,有些事情也是无法证明的。但我觉得,有的时候我就是看清楚了。相当于我的视力比别人好一点,我看见了那个光点,你没看见。我肯定是看见了光点,我才会坚持。而且,既然我已经看清楚了,我不会放弃的。

2014年,美国物理学会授予王贻芳潘诺夫斯基实验粒子物理学奖,这是中国物理学家第一次获得这一奖项

人物:一种反对意见是,你是看到那个光点了,但你这辈子也就再活五六十年,咱们怎么也走不到这个光点的,可能只能走到眼前这一步。能不能把这个点移近一点,先做个小的。科学上能不能这么做?

王贻芳:有些人为了所谓的可实现性会降低目标,这个是有的,也不能说绝对就是错。我们当然希望目标是可实现、可执行的,但是你要知道,这个实现不一定在我,可以在我的下一代。高能物理的每一件大事都需要至少30年,我这一代如果不做,下一代距离光点还是30年。我们这代人做了,下一代就有机会抵达它。

人物:你有没有考虑过,在现实层面上,如果不变通,会出现的一种情况是,没有人做决定。既不说可以,也不说不可以,这事就这么困住了。

王贻芳:我们现在就是这样,那没办法。我们如果做不成,像现在这样,到最后也不决定,优势的窗口期很快就没有了。没有就没有了,这件事情就不可能再做了。中国过去类似这样的事情很多,失掉的机会也不少,这不是我们个人能够控制的。我做我自己应该做的事情,问心无愧就行了。

人物:事情最坏的结果是什么?

王贻芳:最坏的情况下,CEPC没有做成。但是欧洲CERN的FCC能做成,我们经过了这么多年CEPC的研究和准备,我们可以拿着这些(技术和成果)去参加他们的实验,成为跟欧洲、日本、美国一样的科学一极。这个目标总是可以做到的。并不是只有中国要一个加速器,是人类需要一个新的加速器。对我来说,最高目标是在中国建成CEPC,走到最前面;最低目标是,万一建不成,跟他们一起做,我们也能成为一极,总比一席之地要强得多。当然如果人家不带我们玩,像国际空间站一样,这个最低目标也实现不了。

人物:实验物理学家似乎经常遇到被困住的状态,你有应对这种困境的方法论吗?

王贻芳:谈不上方法论,只能尽自己努力,能做什么做什么。整个步骤当中,你有哪一步不努力,这事办不成,但也不是你努力就一定成的。我们也欢迎大家给我们建议,怎么走出这个困境。过去我们做事,这种困境也是经常遇到的,有时候碰个运气,事情可能也就成了。就像我们做大亚湾,最后能成有很多人帮忙,我把它归到运气里面。因为有人能帮忙,完全在我的控制范围之外,这些就算是运气。

2018年1月16日,王贻芳在江门中微子实验站配套基站工程地下一号施工支洞查看

谈选择

人物:你和年轻人聊过吗?他们的困境,他们的难处,他们的想法,你知道吗?

王贻芳:当然有难处了,买房子啊,这难处我知道,但是我想既然是来做物理,事业心肯定是有的。可能是我接触的年轻人,都是年轻人里的佼佼者,大家在事业这方面都有共识吧。

人物:我们见的是同一批年轻人,我发现他们是有事业心,但也有自己的困境。80年代学物理,国家会维持你的生计,但现在他们有自己的生存压力……

王贻芳:过去整个三四十年,国家的发展是非常快的,快到了大家已经快忘掉过去了。没错,在我那个年代,国家是兜底,国家包分配,有房子,但你知道那时候分多少房子吗?知道那时候多大年纪才能分房子吗?结婚没有房子的,多了去了。那时候为什么大家都要出国,不就是国内条件太差嘛,结婚住在楼道里,结了婚分居的多得是。其实现在工资不知道比原来高了多少,吃的比那时候不知道好多少倍。

2005年左右的时候,我的博士生还年轻,说房子贵啊,怎么弄啊。我就跟他们说,你们真是不懂,现在是历史上最好的时候,你还可以买房。走遍全世界,有哪一个国家的博士毕业了就能买得上房子?你说博士毕业买不起房子,是想买100平米的买不起,买20平米的肯定买得起。100平米的房子,你到美国买不起,到日本买不起,到欧洲也买不起。只有在中国,你还可以想一想,万一家里父母能凑钱帮你,赶快去买。博士毕业住的100平米的房子,那是大学校长才有的待遇,李政道、吴健雄一辈子住在纽约,住的是学校的房子,没有产权的房子,他们也买不起纽约的房子。

所以年轻人不理解,既不理解过去,也不理解未来。未来是什么?你想想纽约和巴黎就知道了。你在纽约、巴黎市中心买不起房子,为什么一定要在北京市中心买得起房子?不可能的。那时候大家还能勉强买得起,它就是一个周期的谷底,这个谷底不会无限,总有一天博士也买不起房子,说不定教授也买不起,经济金融一定会走到下一步。这是经济规律,跑不掉的。

人物:你自己20多岁的时候是什么样的?你那时候在丁肇中的实验组,做事的时候你怎么选?

王贻芳:那时候轮不到我选。我做的就是一份工作,他让我干啥我干啥。但我知道这是一个好的实验组,能学到东西。至于做什么题目,轮不到我选。年轻的时候我觉得很重要的就是学习,你见过了,知道了,就行了。在你没有能力去做选择的时候,你可以不做选择,先解决眼前的问题,但等你到了一定程度,就是另外一回事。你自己要有理解,要有判断,要思考意义。丁肇中也是先做小实验,后做大实验,每个人都是一步一步过来的。等到我做到这个位子的时候,我天天都会想,应该做什么事情,什么事情重要,值不值得做,没钱我能不能放弃一点目标,做一个不太重要的事。每个人都会这么想,何必呢?钱摆在这里,你要不要?所以说,你是跟着钱走,还是跟着目标走,这个问题永远摆在你面前。

人物:这是一个很有诱惑力的问题,面对这种问题的时候,定力来自于什么?

王贻芳:来自于你对自己的认识,对事情的定位,对生命价值的一个判断。丁肇中就是一个对重大问题有自己深刻理解的人。他的最低目标阈值很高,要做大的事情,做重要的事情。每一个人生命是有限的,一辈子只能做两三个实验,这个目标要是不够重要,不值得花二三十年。最低目标要有底线,不是说有钱就去,有些事情哪怕钱给了我,我也不会去做,因为不值得我浪费时间。你要有定力,能看到什么是更重要的。人嘛,有的时候要能放弃一些利益,承受所谓的损失。

人物:你对自己的认识是什么?

王贻芳:用例子表述可能相对容易一点。环形对撞机这件事,意见很多,路看似很多,我认为这事非常简单,花这么多钱做这样一个大机器,应该有一个重大的技术突破,应该对社会有影响。所以用传统技术我认为不值得做,剩下的,环形比直线好,这个也是清楚的。到最后只有一条路,就是现在这条路,这里面是有科学依据在的。它不完全是一个很具体的技术问题,它是一个对未来的理解和认识。30年以后,哪一个更好,哪一个性价比更高,哪一个更有可能实现。

大家都希望选一个钱最少的、最重要的、时间最短的,但科学就没这样的好事儿。你不参与大实验,你这辈子、这一代、下一代,高能量前沿永远跟你无关。把目标拉低了,作为我来说,如果我做了这样的选择,不但我自己看不到中国高能物理与世界并列,我的下一代都看不到。我们的年轻人未来二三十年都得做这件(低能区)事情,做不了第二件事情,我们自己给自己创造了一个路径依赖。

而且到时候,他们还有没有勇气去跟别人做一个直接竞争,还能不能希望跟人家平起平坐?20年以后,我们的高能物理仍然是一席之地,跟别人并列都谈不上。那个时候的中国科学家,怎么看待我们这一代人的决定?我们做的不是今天,是30年,是下一代。所以我希望我们跳出这个路径依赖,路太小了,没有前途。

高能物理研究所