王贻芳院士:年轻人不敢质疑和思考,科学就没有前途

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作者|章剑锋

出品|网易新闻《科学大师》栏目

图片|中国科学院高能物理研究所

网易新闻《科学大师》栏目本期访问著名实验高能物理学家王贻芳。王贻芳是中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所所长。

2012年3月,王贻芳团队实验测得新的中微子振荡模式(中微子第三种振范模式),该实验入选美国《科学》杂志评选的“2012年十大科学进展”,王贻芳本人和团队也因此获得国家自然科学奖一等奖和美国基础物理学突破奖(迄今唯一获得该奖的中国科学家 )等多个重大科学奖项。

王贻芳院士师从诺贝尔奖得主丁肇中,作为大亚湾中微子实验方案的主要提出者,领导完成大亚湾实验的设计、建设与物理研究,提出并领导了正在建设中的江门中微子实验。他也领导了北京正负电子对撞机上新的北京谱仪的设计、建造及前期的研究。王贻芳也是建设新一代大型粒子加速器(环形正负电子对撞机)的坚定主张者和推动者。

王贻芳院士:年轻人不敢质疑和思考,科学就没有前途2015年11月基础物理学突破奖美国颁奖现场,王贻芳是首位获得该奖的中国科学家。

以下是对谈实录:

一,科学一直是少数人引领,多数人要服从少数人

《科学大师》:您的导师丁肇中先生于今年下半年回国,在“高能论坛”上提到一个非常重要的观点,说科学是多数人服从少数人,而不是少数人服从多数人,科学问题也不是用投票就能解决的,投票没有什么意义,您赞同这个观点吗?

王贻芳:丁先生这个话是非常对的,一些特别重要的革命性的理论或突破,肯定是少数人走在前面,引领了多数人,这在过去几百年科学发展进程当中是一个显然的事实。

最开始的时候,少数人的领先观念不见得立刻就能够被大家接受,所以有很多人在当时也受过不少的磨难,会被各种质疑和误解,这是一直有的,应该说观念越是超前的、越是革命性的,就越有可能不被大家认可,因为跟大家已有的认识和看法差别太大。

但跟别的事情不同,科学最后一定是能够分出谁对谁错的,不可能永远让错误的认识占了上风,水落石出是早晚的事。而检验一种观点或理论的对错,靠的是事实、是真理,是宇宙发展的客观规律,靠的是事实观测和实验证据,科学是有客观标准的。

《科学大师》:您早年就加入到丁先生的团队,在国外待了很多年,他们那种科学文化、科学氛围,跟我们国内是不是有很大的不同?

王贻芳:在科学生态和氛围上,国外比国内确实要更好一些,现代科学在国外发展的历史更加悠久,他们的科学家人数也更多,特别是高水平的科学家人数也更多,在科学上有眼界的人,当然也就比我们国内多。

虽然我们在科学发展上也有很多人在奋斗,但高水准的科学家人数还很少。现代科学在我们这里真正发展起来也就是在最近30年,相对来说,跟国外的科学水平还是有相当大的差距。我们要培育自己的科学文化、科学素养、科学生态,这跟人有关,当你高水平的人才多了,自然这个生态就起来了,如果你高水平的人才比较少,甚至说得极端一点,你都是低水平的人,自然这个科学生态就好不了。

我们需要一些时间来培养更多更优秀的科学家,让更多的年轻一代成长起来,成为有见地、有境界、有水平的科学家,这样我们就会形成一个良好的科研生态。

二,仰视权威的风气,得改!

《科学大师》:我们讲做科学研究,重在质疑精神,尤其是独立思考这种能力,但我们知道传统中国社会没有质疑权威的风气,反而大家是仰视权威的,很多时候可能权威的一句话,会出现压倒性局面,您怎么看这种风气?

王贻芳:这种仰视权威,不以科学的标准而是以人的标准来判断是非对错,是极其有害的。非常可惜,就像你说的,我们中国社会有服从权威、过于尊老的这种环境和习惯,对科学发展是极其不利的。

科学更多是需要向前看,需要有前瞻性的思维和有前瞻性的人去领导,需要带入新鲜的血液和思想,这样的人一般来说都不会是年纪特别大的人。

如果我们的年轻人不能在科学上质疑权威,不能质疑领导,那他永远就不能超越权威、不能超越前辈,那科学就不能发展,科学就有了顶峰,但事实上我们需要不断去创造新的顶峰。

科学一定是在争论当中发展起来的,谁对了谁往前走,谁对了就听谁的。后一代要不断的超越前一代,对前一代不能无条件地仰视和服从,要质疑,要超越,要有怀疑一切的精神,当然这个超越和怀疑,并不是盲目的冲动,要讲科学论据的,要站在科学理性的基础上,跟权威跟领导跟前辈进行平等的辩论,而不是简单地说我就不听你,这个也没道理,要实事求是,具体问题具体分析。

应该说,在科学问题的争论上,年纪大的人和年纪轻的人、权威和非权威、领导和被领导,在讨论问题的时候,大家是绝对平等的,讨论完了以后,年轻人有可能会胜出,也有可能年纪大的人会胜出,这个不是绝对。

但是如果年轻人都不去争论,不去尝试平等对话和讨论,永远以所谓年纪大的人、以权威和领导的好恶判断作为标准,那就不可能有超越,我们的科学就不会有前途。

《科学大师》:科学史上有这样的例子吗?

王贻芳:比如说关于量子力学,有爱因斯坦跟玻尔的争论,非常有名,显然爱因斯坦的地位超过玻尔,但是在这件事情上,玻尔是对的,玻尔并没有说因为你是爱因斯坦,你比我强,你比我有名,你比我出名早,我就得听你的。

在讨论科学问题这一时刻,双方是绝对平等的,讨论完了以后,如果你是长辈,我自然要尊重你,这没有问题,但是在讨论问题的这个时刻,对不起,我们只讲科学事实,只有这一个标准,否则都听年纪大的人,那我们的科学就有了一个所谓的天花板,你还怎么朝前走。

《科学大师》:科学上的质疑精神,您是从什么时候开始意识到的?

王贻芳:我从做学生的时候,在研究组里就有这种风气,互相之间不论是谁都可以发表意见。在国外没有人会认为你是领导,你是权威,你是诺奖获得者,我就不能说话。

我们都知道丁先生非常权威,也非常有影响力,大家也都非常尊重他,但是真到具体问题上,那对不起,该讨论的就讨论,该说不的就说不。

在科学上,没有任何一个人永远是对的,总有不懂的东西,总有不了解的地方,认识也不一定都很全面,每个人都是有局限的,你要把一个重大科学课题做对了,就必须发挥所有人的聪明才智。

我当时在丁先生领导的L3实验团队工作,我们400多人,那400多人不能只有一个脑袋,我们是400个脑袋,每个人都得动脑筋,每个人都得发挥自己的思考能力,表达自己的意见。如果你这个人从来没有发表过新鲜的想法、新的认识,那你不会受到大家尊重,领导也不会尊重你。最起码一个好的领导,他一定是最尊重最喜欢有想法的人,有认识的人,能够辩论赢的人,最终说服大家的不是靠你是领导,而是靠道理。

《科学大师》:国内这种风气:唯唯诺诺一言堂,唯权威是从,这种科研生态您觉得怎么样才能够不断把它改变过来?

王贻芳:第一,年长者、权威或者是领导,必须要有民主的思维理念,要让大家能表达各自的意见,能够充分的进行讨论,而不能事事都试图自己做主,养成一言堂的习惯,或者是压制不同意见不同思想的倾向。这其实是很难跨越的人性本能,很多人对来自年轻人的不同意见,会有本能的反感,包括我自己在内,多多少少也会对别人提的不同意见感到不高兴,但是我想我们得有一种自觉,时刻要提醒自己压制自己的不高兴,要认识到别人发表意见是他的权利。你对自己的能力要有正确的认识,不要觉得什么事自己都是对的。作为年长者或者领导,你必须制造一个自由民主的环境和氛围,让大家能够发表意见,勇于发表意见。

第二,年轻人要敢于发表自己的意见,不要有太多的顾虑。我认为,培养、尊重不同意见和声音的环境,一方面是领导者的责任,另外一方面也在年轻人身上,确实我们的年轻人在这方面也是有缺陷,活力不是太够。年长者有问题,年轻人也有一定的问题,大家不能够很好的发表意见,缺少真正的学术争论和沟通,这样的科学环境确实是有问题的。怎么样营造一个好的环境,让许多超前的意见和引领性的观点不断涌现出来,这非常重要。

王贻芳院士:年轻人不敢质疑和思考,科学就没有前途王贻芳在大亚湾中微子实验项目基地

三,我们的顶尖水平跟别人的顶尖水平相比,还差得远

《科学大师》:今年的自然指数年度榜单发布,中国在物理、化学和生物科学领域排名都是第一,但是目前大多数公众对我们国家在物理研究方面的实力,不太有印象和认知,您觉得是什么原因?是跟公众沟通不够,还是说的确整体实力上还不是那么理想?

王贻芳:我觉得整体上还是有差距的,你说的这个只是文章数量多,并不代表真的水平高。如果你在某一个方面的研究,人数比别人多的话,自然你文章数量也比别人多,但这不代表你的文章都是引领性的。

总体来说,我们的顶尖水平跟别人的顶尖水平还是有差距的。不能纯粹只是看论文数量,它不代表我们数量多就领先了,因为一篇顶尖论文可能顶得上不知道多少篇的普通论文。

我们的高能物理,还有其他的一些科研领域,当然也有很不错的成果,但是客观来看,我们有的成果人家也有,人家还有比我们更重要的成果,人家还有诺贝尔奖级的成果,我们不是还没有嘛,人家有的多的是。

《科学大师》:我们中国高能物理这一块,今后的20年或30年能够出一些诺奖么,有这种可能性吗?

王贻芳:预言诺贝尔奖是不可能的,我们只能说我们追求中国的研究水平,真正能成为国际领先,成为领袖。什么叫领袖?就是你说话必须有人听,你在前面跑后面有人跟着,你不能一个人朝前跑,回头一看后面没有人,这不行。

所以就需要有让大家都愿意来的大装置,要有真正国际领先的、历史留名的大成果,一个还不行,还得有N个这样的成果。你还得有一批科学家说话人家愿意听,而且别人都愿意到你这儿来学习新思想、新方法、新技术,而且我们得能出口技术,不都是把技术从别人那里学过来,所以说我们还有很长的路要走。

现在所有人都承认欧洲核子中心是国际领先的,我想我们中国未来追求的是有跟欧洲核子中心相比拟的大型的国际科学中心,大家都愿意来到这儿来做实验,愿意用我们的设备,而我们的设备真的是超过它,这才能说我们的科学,至少在高能物理领域是领先的。

王贻芳院士:年轻人不敢质疑和思考,科学就没有前途网易新闻《科学大师》栏目访问现场/图片来源网易新闻

四,只有你一个人在前面跑,后面没有人跟,那就不叫领先

《科学大师》:您的朋友丘成桐先生说,您最大的特点是能选择题目,您能分享一下这方面的经验么?

王贻芳:做高能物理研究,任何一个项目都不是短时间可以完成的,一做就是5年、10年甚至是20年,所以在选题的时候自然要非常慎重,题目如果没选好,那相当于浪费了10年、20年的时间,人的一生能有几个10年、20年可浪费的呢?

我首先想的是这件事情值不值得我花长时间去做,它首先一定是重要的。怎么衡量这个重要性?能不能量化?我从丁先生那里学过来一个办法。

以前我们在组里做一些具体的研究题目,他经常就会问“So what”,意思就是又怎么样,你把这个事做出来了,又怎么样?

他经常会问,那你就会去找各种论据来说明,然后他又问了一句So what,显然表明你刚才的回答不让他满意,说明不了你这个事的重要性,你还得找出一个更加重要的理由来说服他,等到他问到第三个So what的时候,你就会慌了。

还有他经常会说,你写的这个文章30年以后还有人读吗?那你会琢磨这个题目恐怕没那么重要吧,30年以后大概不会有人再读这篇文章,不会再有人研究你做的这件事情和你的这个成果。这就是标准,就是它的历史性,它在历史上能不能留下来。

当然这也只是一种定性的说法,什么叫历史性有时候很难讲清,但是不管怎么样,它可以首先过滤掉很多不是特别重要的项目,尽管不是过滤掉全部,但至少可以过滤掉一半以上的选题,那就说明你成功的几率提高了一倍,那也是不错的一个办法。

上面讲的这些,属于科学重要性。这是第一。

第二它的方法要有独特性,是别人没有的。

第三就是技术也是独特的,因为有很多技术的发展,它需要时间的积累,很难追赶。

做这些事情的时候,我们会提前布局,早早的就把可能要用到的技术、方法开始布局,等到真正时机到了,对不起,我们拿出来的设计方案,科学目标、指标,最终的各方面的性能等等,那就是远远超过别人,甚至是超过别人一个量级。

这是丁先生当年在选题的时候,他也经常会说的一句话,做这件事情你可能做到1就可以了,但是对不起,我要做的话,得把它做到5或者10,远远超过别人,这样你就没有竞争对手,你也不用天天担心一年两年以后别人追上你,也不用担心它的历史地位,这样的事情它就可以留在历史上,有它的重要性。

我们做一个工作,它的科学目标如果也是大家公认的目标的话,那就不会有问题,因为有很多所谓的重要科学问题,其实大家都知道,就看你怎么做,就看谁先做出来。

《科学大师》:跟我们想的不一样,我们认为你要做一个独创性的东西,最好找一个没有人涉足的领域,这样可能更保险,而您讲的恰恰颠覆了我们一般人的这种思维模式,就是说别人在做,你也可以去做,对不对?

王贻芳:别人在做,你如果做的跟别人一样,当然不值得去做,你要做的比别人好才行。正是因为大家都要做的事情,你比别人做得好,这件事情才有足够的重要意义。

你当然可以找一个别人都不做的事情,找一个所谓冷门,它当然有可能会变成热门,你可能独具慧眼把它发掘出来变成一个热门,但也有可能它永远就是一个冷门,就是大家不关心的不重要的,也没有人愿意去做的事情,你去做下来,so what?没有人关心。没错,你是一个人做的,独有的,别人都没做,你也比别人做的好,因为没人做嘛,你就没有比较。有些人就把这种情况也叫做世界领先,用我们高能所的前所长方守贤院士曾经说过一句话形容,他说这种世界领先就是你在拼命的跑,前面没有人,没错,你是领先的,当你回头一看,后面也没有人跟着,这不叫世界领先。

五,科学竞争要胜在正面战场,这样你才是最强的

《科学大师》:我知道中微子振荡模式的研究,是很重要的一个领域,您选这个课题,是事先对结果就已经有某种预见了,还是说也是不经意间做出来的这种重大成果?

王贻芳:我挑的题目,第一是热门,不是冷门,是大家都要做的事情。第二,虽然大家都做,但是我做的比别人好,我的设计就是比别人有独特的地方,指标性能就是比别人高很多。当然最后结果有一定的偶然性和幸运,但是不管怎么样,这个实验的指标是远远超过别人的,所以它一定能得到比别人更好的结果,这是确定的。

无论是大亚湾中微子还是江门中微子,它事先在这个领域里都是大家追求的重要目标,自然你能够在大家都公认重要的领域里面把它做到最好,才是真正的国际领先,也是科技强国该追求的目标。

科技强国不在于我们做一堆冷门,做一堆没有人做的事情,个别的冷门是可以做的,但如果全是冷门,肯定不行,最后比拼的是在最热门的地方,谁最强,你比别人强,那才是世界科技强国,大家认你做的事。如果是大家都不做的事,我为啥要认你是强国。一定是这件事我要做你也要做,我们俩都想做,你能做我也能做,我们俩一起做,最后我做出来的还比你强,那你才能服气。

我们过去由于条件和经费、人员、基础等各种原因,挑一个冷门是正确的做法,而且保险,但是到了今天这个时代,要成为科技强国,那最终需要在正面战场一决胜负,在正面战场获胜,才是真正的获胜。搞冷门这种“游击战”,只是在弱小时偶一为之,不能永远这样做,那没有前途,我们也永远不能取得全面的胜利。

我不反对人家去做冷门,个别人去做可以,但是从国家的角度来说,从规划和整体上来说,不能鼓励大家都去做冷门,那就没有前途了,就只能说明我们整个的科学发展走到了错误的道路上。

王贻芳院士:年轻人不敢质疑和思考,科学就没有前途2019获未来科学大奖物质科学奖,王贻芳在颁奖典礼上。

六,科学上没有成功学

《科学大师》:一个重大的甚至突破性的成果,它跟运气有关系吗?

王贻芳:那当然有很大的关系,这在很多情况下无法预料,所以我们会经常看到非常能干的人,聪明的人,没有获得重大成果,但有的人也没那么聪明,也特别年轻,怎么一下就碰到个重大成果?这种情况有很多。历史上有的人在读博士期间就做出一个重大成果,拿了诺贝尔奖,这种人也有,但后来再也没有出大成果,这样的人,多的是,看运气的。

我觉得勤奋不能保证你一定成功,但是不勤奋,你成功的几率要小得多,勤奋和运气都是非常重要的,但勤奋也需要聪明的方法,有些人的勤奋就是一味花死力气,他不动脑筋,那也不行。

应该说成功是很小概率的事件,需要你所有的事情都对,只要有一点点不对,就不能成功,这里有很多各种不同的因素在里面。

《科学大师》:我觉得一个人做事情,它的目标一定不是说我要追求成功,而是着眼于把手上的事情做好。我看您也说过,它更多还是一种兴趣、一种爱好、一种热情,不是从成功与否出发来做事。

王贻芳:做科研你会有追求的目标,但是这个目标不是指获得某种物质上的成功,对科学的追求本身就是你的目标,在这个追求过程当中,你其实是很享受,你克服了各种各样的困难,掌握了别人没有掌握的知识或者是规律,你解决了别人没有解决的问题,你会感到非常高兴。经历过这个过程的人,大概都会有这种体会。

至于说到追求功成名就的成功,可以讲历史上有很多做出重大贡献的人,也没有做到功成名就,但是他做出了重要的贡献,他自己也很享受这个过程。

我们知道有些人能够得两次诺贝尔奖,你经常去问他说你是怎么成功的?他会说出一堆一堆的大道理,其实那都是他自己编出来的。你就问他照着你这个说法你能再得一次诺贝尔奖吗?所以科学上面没有成功学,就是照着他说的方法和理念去做,也不可能保证他自己能再成功一次。

我觉得成功学肯定是不存在的,大家追求的是自己的努力,追求科学的目标的达成,得到新的知识,人才的培养,我觉得这就很好,这都是成功的。

《科学大师》:好像有一种奇怪的现象,有的人老盯着诺贝尔奖,往往这样的人得不到诺奖?

王贻芳:我相信绝大部分所谓的成功人士,得了诺贝尔奖的人,他都不是为了得诺贝尔奖而去做他的研究,绝对不是。如果他天天这么想的话,他就会想,我这个题目能不能得奖,做了一半他发现有可能不能得奖,他就再去换一个新题目,他就会天天琢磨这件事情——能不能得奖,他最后一定是一事无成的,因为他就会变成投机取巧,没有毅力和坚持,不断在变换方向。

只有抱有强烈的研究兴趣,在科学目标上有内在追求的人,而不是靠外在条件的诱惑或者外界的压力驱动,一定是他基于内在的坚持和执著,才有可能真的取得成功、成果。

七,我不同意盛宴已过的论调,看看科学史就知道

《科学大师》:王老师我一直有一个疑问,高能物理这个领域有些权威的人士会把前景看得比较暗淡,认为再没有前途,作为领域里杰出的科学家,您怎么看这种声音?

王贻芳:我们在上大学的时候,读了大学的物理课本,看到那些了不起的前辈科学家做出来的东西,当然都是外国人做出来的,他们发明了这个公式那个理论,我们就特别羡慕。学完了以后,我有个感觉,能做的都被他们做完了,没有我啥事了,我是有一定程度的压抑心理,觉得这个专业是没前途的,因为能做的都做完了,还能有什么空间留给我呢?

但是从我大学毕业到现在,也有大约30多年从事科学研究的历史,亲眼看到很多人都取得了重大成果,很多人就在我眼前走过了,其中有些人还跟我很熟,我就觉得,这个事并没完,只是好事都被别人做了,你自己没抓到而已,事儿永远是有的,前途永远是有的。你自己没碰到没抓到机会,不能因此就否定说别人也都抓不着,机会再也没有了。

科学大师:我的理解是,您并不同意“盛宴已过”这种说法?

王贻芳:历史上用不同的方式表达这个意思的人非常多,像我这样的普通人,大学毕业的时候一看盛宴已过,人家书写得这么好,什么东西都有了,什么问题都解决了,没我啥事了,觉得盛宴已过,这是一种人,我的很多同学早早就改行了。这些人大家都不知道,没有青史留名。大家知道的是有名的人,包括海森堡、开尔文、普朗克的老师和迈克尔逊等等,这都是科学史上留名的人,他们也都做过类似的预言,说科学没有什么前途,到此为止了,不用再做了。

但事实上我们也都知道,有些人在他们发出这个预言以后,自己就做出了重大成果,也有一些是其他科学家做出的重大成果,总之是成果不断涌现。

60年代当著名的“盛宴已过”论断出来以后,我们粒子物理学界差不多有10多个诺贝尔奖重大成果出现,包括粒子物理的标准模型,包括希格斯机制,包括一些新粒子的发现,包括中微子振荡、引力波、量子色动力学、弱电统一理论的重整化等等,都得了诺贝尔奖,都是60年代以后的事情。

所以我不相信科学会到此为止,不相信科学会没有发展,尤其是在我们的粒子物理领域,我们的标准模型至少目前来看有很多问题,既不自洽也不完备,有很多与实验事实不符的地方,这些问题都是需要解决的,我们远没有达到一个所谓的终极理论,说从此没有新东西可以做。

《科学大师》:请进一步详解一下,您所说到的目前存在的有待解决的问题是什么样的?

王贻芳:比如说大家都认为标准模型到头了,问题都解决了,所有的粒子也都发现了,但是从理论本身来说,标准模型的真空不是一个稳定的真空,这个理论本身就有问题,怎么能给出一个不稳定的真空呢?标准模型给出的所有粒子的质量都是手工放进去的,或者是通过实验测量的,没有规律。它的所谓自然性的问题无法得到解释,同时标准模型也不完备,因为它不能解释。比如说宇宙中的CP破坏,物质反物质不对称性,不能解释暗物质,不能解释中微子的振荡,中微子有了质量以后,在标准模型当中如何描述,我们现在也不知道。这些都是标准模型不自洽不完备的地方。

另外,标准模型不能解释非常简单的现象,就是我们在标准模型当中看到我们的轻子也就是电子、缪子、中微子等等跟夸克之间有一个非常严格的对称性,写出来都是一个2×3的矩阵,我们也不知道这个对称性哪来的,我们不相信没有一个底层的结构,它会很偶然地显示出这个对称性,我们相信有一个底层的结构,一定是有规律的,才能展现出这样的一种对称性。

同时我们在实验上也看到跟标准模型不太符合的一些实验现象,包括中微子质量的问题,包括g-2的测量值、W粒子的质量等等,都跟标准模型不符,这些问题都需要解决。而且科学界目前也只能做到将电磁相互作用和弱相互作用统一起来,还没有做到把强相互作用跟它统一起来,更没有做到把引力相互作用统一起来,还没有一个完整的理解。这些问题的解决,需要通过我们粒子物理学家的努力。

《科学大师》:照这么说,那后面的发展空间还有很大?

王贻芳:从60年代末开始,应该说是粒子物理的一个分水岭,60年代中期之前是由实验引领,当时科学家发现了很多实验现象,不知道怎么解释,到60年代中期以后,科学家搞出了一个标准模型,把以前发现的这些实验事实都解释了,放在一个框架里。我们现在是到了一个新的阶段,这个新的阶段就是我说的这个理论本身有问题,实验也有些新现象、新理论,不知道如何解释,新理论比较多了,就不知道哪个是对的。

我们现在其实是走到了类似于50年代末60年代初的那个阶段,需要发现更多的实验现象,给出一个指引,未来向哪个方向走,看清楚未来新的理论层次是什么样的,这也就是为什么我们希望推动新的实验装置来理解和解释这个问题。

从60年代开始,我们中国对标准模型的贡献,无论是理论层面还是实验方面,基本上是0。中国人漏掉了整个粒子物理标准模型的发展过程,我们不希望在未来的100年,我们中国仍然缺席下一代粒子物理的发展,而毫无贡献。

所以要有自己的大科学设施,加上自己的努力,使得我们不会再像前面这50年一样,失去整个科学发展的重大机会。

王贻芳院士:年轻人不敢质疑和思考,科学就没有前途在江门中微子实验基地

八,宇宙中的很多新物理现象,现有理论还解释不了

《科学大师》:我看到您曾经说,标准模型远远不能够解释这个世界的状况和规律,认为存在超出标准模型的新物理世界,您说的这个新物理世界,跟丁肇中先生正在寻找的反物质世界,是一回事情吗?

王贻芳:很可能是相关的,因为我们说标准模型不能解释为什么宇宙当中只有正物质,没有反物质,所以丁先生就到天上去找这个反物质。那么我们希望在地面上,通过加速器的研究,理解粒子的性质,理解物质和反物质之间的所谓的不对称性。这实际上是一个问题的不同方面。

科学理论从来都不是凭空想象出来的,都是在很多的实验证据上构建起来的。我们现在的粒子物理,缺乏实验证据来给下一步的发展作出指引。这也就是为什么我们现在推动的各种实验装置,包括像丁先生在天上寻找暗物质,都是希望寻找实验证据,为下一代的理论构建提供指引。

《科学大师》:丁先生有跟您讲过吗?他公开讲到AMS(阿尔法磁谱仪)观测的宇宙实验结果和现在所有的宇宙线理论都不符,从您这个角度能给予一些延伸的解读吗?

王贻芳:丁先生团队在实验当中看到的这个宇宙线的能谱、通量,跟我们现有的理论不符,那么我们需要知道这些宇宙线是哪里来的,为什么会有现在这样一些能谱?为什么是你现在观察到的这个样子,这可能跟很多东西有关,跟宇宙的起源有关,跟宇宙的构成有关,当然也跟这些宇宙线的传播方式有关。

因为整个空间当中既有磁场,也有各种星际物质,所以宇宙线它是怎么产生的,怎么传播的,还有很多不被理解的地方,这些星系又是怎么样的?它本身的性质是什么?这又跟宇宙的起源和后来的演化有关。但是我们现在并没有一个很完整的理论框架,把所有的实验事实都放进去。

从历史的发展来看,从来都是实验先行,我们发现了一堆实验证据,最后用传统的理论无法解释,等到你证据足够,就会出来各种不同的理论,逐渐聚焦到正确的方向,慢慢就会形成相对正确的理念。我们需要增加更多的实验证据,观察到新的实验现象,构建新的理论框架模型,或者是对现有模型进行重大改进,使我们对整个的宇宙有一个更深层次的认识。

九,我们现在已经落后于人了,再不奋起会更落后

《科学大师》:您之前说到,高能所过去30年是老一代人打下的基础,对您这一代更年轻的高能物理人来说,希望能够继续创造辉煌,不要躺平吃老本。因为再过20年,如果还是维持现状,就要远远落后于人。这种危机感是怎么来的?

王贻芳:高能物理的发展跟其他领域不一样,就在于我们主要依赖大科学装置来获得实验,没有装置就没有研究手段,就做不了任何事情。

一个装置从设计规划建设到运行,二三十年是一个很正常的现象。北京正负电子对撞机到现在为止已经运行40年了。如果从现在开始,我们20年躺平,没有任何新装置,没有任何新的想法,看看我们自己的规划再看看人家的规划,假设我们连规划都没有,假设我们的规划是错误的,甚至没有启动,人家要做成了,那肯定我们就远远落后了。

国外正在运行的装置是超过我们的,比如欧洲大型强子对撞机,正在运行,已经运行了差不多十几年了,那比我们当然是强非常多。这个大型强子对撞机大约会在2040年左右结束运行,他们又规划在2035年到2045年建设一个新的装置。如果我们不能在这之前建设一个装置跟他竞争的话,自然到了2040年、2050年我们还是落后。

所以我们希望能够在2030年之前开始建设我们的装置,这样就会比他们提前5年左右,这5年的时间足够让我们领先于它,国际上谁开始做谁就领先。

《科学大师》:您的意思是说,粒子物理进一步要取得更大的突破,最大的瓶颈可能就是所谓的大装置、大对撞机,如果没有,那我们可能就落后于别人,是这个意思吗?

王贻芳:我们现在已经是落后于别人,我们并不领先。我们没有设备嘛,领先是领先在设备上,相应的,我们的研究成果也是落后于欧洲。

你没有设备,自然只能用别人的设备,用别人的设备当然可以得出一些成果,这个成果大家当然可以共享,但是成果的主要贡献者,能够得到大家承认的,就是谁造的设备谁得。

希格斯粒子是在欧洲核子中心发现的,中国人当然参与了,但是人家说中国有1%的贡献,而希格斯粒子是欧洲核子中心发现的,就这么简单,哪怕你的名字是在论文当中,但是大家都公认是他们的贡献最大,他们是装置的设计者和建造者。

十,总投入360亿,这笔账到底应该怎么算?

《科学大师》:我老实讲,舆论上会质疑,360亿这么多钱的投入是不是划算,这个账应该怎么算呢?

王贻芳:要这样算,第一我们都应该认识到基础科学研究很重要。第二粒子物理是基础科学研究当中很重要的一部分。粒子物理作为基础科学研究的一部分,投入经费在整个国家的GDP当中应该占多少份额,应该拿多少钱?我们当然不能把所有基础科学的钱都拿去做粒子物理,我们也不能把中国所有的GDP的钱都拿来做基础研究,只是需要一个合理合适的比例。

这个账应该这么算,为了中国的长远发展,基础科学研究很重要,我们应该给基础研究一个合适的比例,我们的基础科学研究投入现在占R&D的比重是6%,R&D经费占GDP的比例是2.4%,基本上跟国际上3%左右差不了太多,在目前的状况下我们认为合理,但是6%的基础科学研究占R&D的比例跟国际上发达国家15%的平均比例相比,是远远低了。

中国的大科学装置建设和运行研究经费占全部基础科学研究经费的比例大约是5%左右,跟国际上美欧日的10%相比,差距很大。所以我们基础科学研究投入差了三倍,大科学装置投入又差了两倍,而我们的GDP总量跟美国也差将近两倍左右,中国大科学装置的投入大约是美国的1/10。

我们没有要求把大众吃饭的钱,把建航母的钱拿来做高能物理,只是希望在基础科学研究当中占一个比较合适的比例。

比如大科学装置占基础科学研究总经费10%的话,我们高能物理的经费就能通过一倍,如果基础科学占比再能提高到10%的话,还能提高一倍。如果你按这个比例一算,你就会发现高能物理研究一年大概是多少钱。

目前美国的高能物理大约是每年80亿人民币,欧洲也是80亿人民币左右,我们中国现在是多少呢?10亿。我们也要求不高,能涨到30亿,或者涨到美国的一半,40亿,不算多吧?我说的全是人民币。我们建设一个大科学装置,全部投入360亿,是10年时间投入,一年是36亿,并没有多。其他的研究,每个实验室都会花点钱买个设备,少则几百万多则上千万,上亿的也有。我们全国某个领域的同一类实验室可能有10个、20个甚至50个,给它们的钱全部加起来也不少。

高能物理,全中国基本上高能加速器也就一台,大家是合起来用,全国这一领域你是3000人也好,5000人也好,1万人也好,我们大家就这一台设备共用共享,这是未来科学发展的趋势。那我们一年投入36亿的建设费和运行费,我们要用50年或30年,你除上这个设备的总的运行年数,除建设运行所有的钱,除上使用的时间,除上所有用它的人,你会发现,高能物理人均年均并不比别的领域花钱多,甚至还要少一点,因为是共享设备,而且这个装置是经过领域内甚至是全世界的讨论,属于最佳设备,从投资的角度来说,出错的几率更小,效益更高。

大家对钱的认识有一个错误的概念,这个360亿的投入,是我们整个领域全部的人,加上20年实验室里面所有的设备费,你要这样去算,是我们高能物理全领域拿的这个钱,而不能说是我王贻芳一个人就拿了这么多钱。大家要认识到这一点。

《科学大师》:有的人一看这个数字会被吓到,360亿不是小钱,另外如果钱投下去出不了成果,怎么办?

王贻芳:北京正负电子对撞机上世纪80年代建设的时候,占GDP比例的万分之5,平均到每年是万分之一。如果现在建CEPC,平均到每年是万分之0.5。全世界高能物理的经费今天占GDP的比例跟60年代相比并不高,假如你买个1亿的设备,大家没有人关注,你要投入360亿,虽然你是跨度10年的总支出,虽然你有1000个人或1万个人在共用这个设备,但大家就觉得费用很高,而那个1亿的设备,可能就几个人或一个单位在用,却不觉得它费用高,所以大家看问题的角度不一样,关注点不一样。

我们一再强调这一台设备,是全国所有高能物理科研团队在共享共用,应该看到它的长期有效性。我们北京正负电子对撞机,从建设到改造,所有的费用加起来8.8个亿人民币,用了40年,我们中国有哪一台大科学设备投入8.8个亿能用40年的?从效益上来说,高能物理的这种方式是最佳方式,实现了最高效益,是走在前面的。

对于中国高能物理来说,有了设备,才能拥有领域的主导地位,掌握主动权,如果你在国际上没有装置,你是不可能有主导权或者是领导地位的。