五千年(敝帚自珍)

主题:人文主义谈话录 -- 万年看客

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家园 23-布莱恩.考克斯:从质子对撞机说开去

感谢彼得爵士,感谢将这个奖项授予我。能够从同行手里接过这个奖项对我来说实在是极大的荣誉。

正如彼得爵士刚才所说的那样,我相信我们已经进入了——或者说我们完全有能力进入——物理学的下一个黄金时代。统计数据说明了一切:不仅各方面公众对于物理学的兴趣越来越强,而且物理学在大学里的应用也越来越广,许多物理学从业人员都从未见过这等盛景。我认为这种现象的根本原因在于近几年研究领域取得的进展,比方说本校科研人员就刚刚因为研发石墨烯而获得了诺贝尔奖,另外自然还少不了彼得刚才提到的大型质子对撞机。

今天的大会主办方希望我能谈一谈对撞机与欧洲核子研究组织的科学意义以及上世纪六十年代彼得.希格斯的理论成果。我记得希格斯大约在1964年发表了第一篇论文,他和同事们在论文中预言我们其实生活在冷凝态当中。在宇宙出现后的几十亿分之一秒里,或许发生了某种相变,致使所谓的希格斯粒子冷凝成了真空状态。这个理论所涉及的数字简直令人叹为观止,我反复查验了好几遍。假如你问一个天真的问题,即这样的冷凝场中包含着多么大的结合能,答案是在每一立方米的真空空间当中都存在着十的三十七次方焦耳的能量,比起太阳在一千年里向外输出的能量还要多。根据我们目前的物理学知识,这么大的能量分分秒秒都会将整个宇宙炸成飞灰,但是这一幕并没有发生。我们并不知道究竟是为什么。

但是这个预言听上去实在古怪异常。我认为这个预言最有力地体现了数学在物理学当中不可理喻的有效性。希格斯的论文发表于二十世纪六十年代,当时我们还没有一套行之有效的标准模型与理论来将强作用力与弱作用力统一在一起。但是他的预言却一直坚持至今,促使八十多个国家群策群力建造了一台有史以来最复杂的科学仪器,并且进行了一项有史以来最复杂的科学实验。这台仪器的运行超越了一切预期,证明了五十年前希格斯预言的正确性。这是一项极其非凡的科学成就,我们可能还需要很多年才能彻底理解如此奇怪的发现,可以说我们打开了一扇通向物理新世界的大门。

但是与此同时,这次试验也具有极大的文化影响力。我个人最喜欢的一条相关新闻报道标题是《太阳报》的《亚原子之恋》(笑声)。这篇文章详细报道了彼得.希格斯在实验当天的所作所为。根据这份全国销量最大的报纸的说法,希格斯在实验当天因为过度兴奋喝掉了整整一听伦敦之巅牌黑啤(笑声)。另外全文当中仅仅引用了一句希格斯的言论:“偶尔正确一次感觉也挺好的。”(笑声)甚至就连《每日邮报》都认为这是科学界意义重大的一天,尽管此前的《每日邮报》头版大标题赫然写着《下个星期三之前我们是不是都要完蛋了?》(笑声)

我今天把这篇文章带到了现场。文中涉及的几个要点待会儿我还要细说,不过首先我想与大家奇文共赏一番。就本文看来,大型质子对撞机至少有两种毁灭全人类的可能。下面的内容逐字逐句都来自这篇文章:“或许在长达几个月的时间里——这还是危险性比较小的可能——我们绝对一丁点也看不出地球上的所有生命即将迎来戛然而止的结局。然后一连串地震就会突然出现,令地震学家手足无措地意识到自己忽视了十分可怖的危险。几天之后地震强度将会达到毁天灭地的等级。城市将沦为平地,海水将倒灌陆地。接下来巨型海啸将会席卷海岸,杀死上千万人。”——颤抖吧,这就是对撞机的威力(笑声)——“任意爆发的地震证明真正的毁灭即将到来。接下来的灾难犹如圣经当中的末世景象,地壳将会开裂,岩浆将会四处横流,海水将会沸腾,巨型龙卷风将会把摩天大楼连根拔起,高山将会倾倒,大陆将会分崩离析,地球将的形状将逐渐扭曲,从太空看去,这颗蓝色星球最终将会在一阵眩光过后消失在下水道管口当中。”(笑声,掌声)

“至少在这种情况下,我们还能拥有一点点时间来为自己料理后事(笑声)。然而第二种可能性甚至还要更糟糕。在不到二十分之一秒的时间里”——我也不知道是怎么算出来的——“整个地球就会骤然蒸发。两秒钟之后,月球将会步入后尘。”——我觉得本文作者大概考虑到了光速,所以才会给出这些数字——“八分钟之后太阳也将会被撕扯成碎片,各个行星均不能幸免。空间结构本身的崩溃将会以光速扩散开来,假以时日任何其他天体全都难逃此劫。”(笑声)

“有可能造成此番景象的罪魁祸首究竟是什么呢?就是将要在下个星期三启动的大型质子对撞机。”至于文章结尾则是这么写的:“我向欧洲核子研究组织的科学家们提出了自己的顾虑,但是他们却一笑了之,丝毫不以为然。”(笑声,掌声)

我想说的是,这种现象真的有关系吗?你当然可以安慰自己说,粒子物理起码上了报纸头版(笑声)。但是我认为我们不能对这种现象等闲视之。正如卡尔.萨根所说,我们目前生活的社会完全基于科学、技术与工程学而存在。民主制度在二十一世纪所要做出的每一项重大决策都必须以科学为依据,决策者必须理解科学方法,理解基于证据的推导结论方式。假如科学被人描述成了弗兰肯斯坦式的怪物,假如我们这些科学家的作为遭到了歪曲,假如科学的成就被人云山雾罩地恣意误读,那么我们的民主制度就会面临严重问题。受教育人口不足也会导致相似的问题。

因此为了让现代民主制顺利运作,我们就需要让尽可能多的民众理解科学,如果他们不太理解科学事实,那么至少要让他们理解科学方法。未必每个人都知道基本粒子如何赋予质量,但他们应当了解这个问题从何而来。因此我们绝对不能接受以下言论——大家可以先猜一下这段话是谁说的——“成千上万人都衷心相信顺势疗法的价值,因此在医生与患者都认可的前提下应当允许顺势疗法的进行。”说这话的是现任卫生大臣杰里米.亨特。这番话对于实证医学的打击相当于现任能源大臣奈吉尔.劳森对于两极冰盖的破坏(笑声,掌声)。甚至就连《每日电讯报》在这个问题上都看不下去了。引用报上的说法,顺势疗法“是中产阶级嬉皮士疑病症患者客厅里的白象”(笑声)。

因此仅仅因为不喜欢可能造成的经济冲击就否认金融城对于气候变化负有责任是不可接受的行为;不理解数据、模型与政治宣言直接的区别也是不可接受的行为。我的朋友达拉.奥布莱恩说得很好:根本不存在什么替代性草药,只有具备确实疗效的药物与装饰用的干花(笑声)。我们之所以没有发展依靠燃油的分子记忆来驱动的环保型顺势航空业,原因也正在于此(笑声)。基于信念的航空工业根本不中用,自以为可以依靠信念起飞的乘客只能干坐在地上看着别人先走一步(笑声,掌声)。

这个比喻其实也可以用来形容我国目前的经济形势。本周早些时候我看到了皇家工程学院发布的报告,认为如果我们不在科学、技术、工程与数学方面加大投入,如果我们不能扭转社会上将科学家与工程师视为特殊利益团体的普遍看法,我国的经济发展必然受阻。根据这份报告,我国每年需要十万名理工科本科毕业生才能保证经济走势不至于下滑。到了2020年这个数字还要上升到百万级别,同时我们还需要五十万技师。如今我们每年的理工科毕业生数量大约是九万人,但是这个数字包括了相当一部分留学生,而且大约25%的学生不会投身于专业对口的领域。可见在维持经济现状的问题上,我们目前每年都面临着两万五千到三万人的人才缺口。因此我们这些科学家应当竭力说服年轻人们相信科学与工程学值得他们花费时间与精力。

我还呼吁政府采取进一步的行动。科学家群体的力量毕竟有限,教育不了全体民众。曼彻斯特大学物理学专业目前的招生标准是各科成绩全A。如此高标准自然值得赞赏,但是在我看来这恰恰表明了市场机制的失败,因为目前曼大的招生能力已经达到了极限,没有足够的实验室、课堂与教师来应付所有有志于在曼大学习物理学的学生,尽管他们学成之后将会极大地推动我国经济。

我们绝不是负担不起教育所有这些人的成本。上周经合组织也发布了一份很有趣的报告,主题是第三级教育,内容既详细又坦率。根据报告的说法,每培养一名第三级教育学生(未必一定是理工科学生不可),这位学生在职业生涯中创造的利益减去教育成本大约是七万美元。换句话说,减去所有的学杂费以及求学期间由于延迟就业造成的损失,一名本科生依然能向经济体系当中注入七万美元。将这个数字乘以十万理工科学生的数目,结果就是七百亿美元。还有另外一些有趣的数据。接受第三级教育的男性与未接受第三级教育的男性相比平均寿命要高出八年,投票率高出27%;所有经合组织成员国当中过去十年期间一半的GDP增长是由第三级教育毕业生贡献的;尽管英国去年整体经济陷入衰退,理工科领域经济却依旧保持增长。

因此我主张增加对于理工科教育的投资。这笔投资从何而来呢?这方面有一场很有趣的运动,大家很快就会对其有进一步了解。运动的基本理念是瞄准4G信号频段的销售,频段全部售出后可以筹得十亿到十五亿美元,而且在最近一段时间还不用缴纳印花税。运动的主张是4G信号的收益理应流向科学研究以及相关基础设施,毕竟能有这笔钱全靠当年麦克斯韦的研究(笑声)。

自民党最近主张以每年3%的速率增加科研投资。这也是很重要的政策,我认为我们应当敦促各个党派在这方面群策群力。但是出售4G频段的收入对于教育理工科学生也很有帮助。而且最后我要说的是,经济增长对于理工科学生的需求并不是什么新生事物。几周前我到皇家学会去了一趟,有幸得见了学会1799年游说捐款人所用的简章,其中解释了这样一个促进科学与工程学的机构的重要性。当时的英国是有钱人掌权,因此文中的“富人”实际上指的是掌握权力的人以及左右公众意见的领袖。记住这一点之后,简章当中的内容读起来着实充满了现代感。简章的结尾这样写道:“在评估本机构的功用性时,我们应当意识到社会高层的实验性研究与改良扩散开来之后会给整体公众带来怎样的优势。当富人们饶有兴趣地体味并鼓励机械领域进步所带来的便利时,良好的品味以及与之形影不离的良好道德将会得到振兴,理性的经济将会大行其道,行业创新将会得到名誉与物质两方面的丰厚回报,社会各阶层都将为公共繁荣贡献自己的力量。”只要将“富人”改成“当权者”,那么这段话完全有资格被戴维.卡梅伦以及日后的历任首相们奉为圭臬。

不要忘了,1799年的英国正身处于远比今日更甚的危机当中,几乎就在亡国的边缘徘徊,多亏1812年美英战争的胜利才缓过劲来。但是尽管如此,学会的创始人们依然相信大英帝国的国运与经济前途完全依赖于科学与工程学研究。最后我想引用一句化学家汉弗莱·戴维在这份简章发布后不久的有力言论。十九世纪初的人们想当然地认为自己已经掌握了一切有必要掌握的科学知识,根本没必要再去大费周章地修建什么大型质子对撞机。戴维很清楚这种想法纯粹是胡说八道。当时有人问他为什么要钻研科学,他答道:“对于人类心智的进步而言,最可怕的威胁莫过于自以为已经掌握了终极知识,已经取得了完全的胜利,自然界的奥秘已经被悉数揭穿,再没有可供征服的新世界。”谢谢大家。

通宝推:为中华之崛起,驿寄梅花,
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