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最近一个时期,远在欧洲的一个超大规模的物理实验设备——大型强子对撞机成了各国新闻媒体的热点话题,而且几乎天天都有关于它的有趣新闻——前几天是关于它会不会产生一个吞噬世界的黑洞,最近是有善意的黑客攻入了它的电脑系统,警告它有安全漏洞。而与我们中国人关系最为密切的,则是关于我国科学家“做百分之一的贡献,可以享受百分之百的成果”。对此,似乎有必要讲讲其中的门道。
自从恩斯特·O·劳伦斯上世纪30年代发明回旋加速器以来,人类对微观世界物理本质的探索能力就进入了一个全新的时代。加速器的原理其实非常简单而巧妙,是现在每一个高中生都可以掌握的。最早的加速器只有人的手掌这么大,但现代的加速器已经变成了周长几十公里、占地上万公顷的巨无霸,其中的复杂性更是无以复加。举个例子,现在已经渗透到社会生活各个角落的互联网技术,最初只是大型加速器工程的一种副产品而已。
加速器能把粒子加速到多快呢?科学家们一般是以“几个9”来谈论粒子速度的——把粒子加速到光速的99.99%叫“4个9”,加速到光速的99.9999%叫“6个9”等等,依此类推,每增加一个“9”,都需要加速器的规模和性能上升一个大的台阶。因为按照爱因斯坦的相对论,粒子的速度提高到可与光速相提并论的时候,它的质量就会明显变重,每增加一个“9”,粒子的质量就会增加许多倍,如果完全达到光速,质量就会变成无限大(这当然是不可能的,因为光速是速度的极限,是可望而不可即的)。
所谓对撞机,是加速器的一种,是让两种带相反电荷、而其他性质(如质量等)一样的粒子在加速器中高速对撞。我们知道,两辆完全一样的汽车以大小相等的高速度迎面对撞,可以对两辆车造成最大的伤害,要比追尾、斜撞或撞墙等都要厉害得多,对撞机就是利用这个原理来求得粒子间最剧烈的撞击效果,从而产生出最难得的实验数据。在我国北京,有建于上世纪80年代的正负电子对撞机,当时是较为先进的;而现在欧洲所建的这个大型强子对撞机,可以使正反质子对撞,质子比电子的质量要大将近2000倍,因此这强子对撞机是有史以来人类建造的最强大的高能物理实验装置。这样一个伟大的项目,综合了全世界许多国家科学工作者的智慧和汗水,其中就包括中国科学家在两个关键部件上的贡献。就凭着这种贡献,中国科学家获得了享用这个对撞机全部实验数据的资格。
由此可见,前沿科学成就的取得,已经远不是某一个国家某几个科学工作者可以轻松完成的了,跨国合作已成为基本范式。靠合作来攻关,攻关成功之后,则是多方分享研究成果,完全不像是冷战时期那样,你搞你的,我搞我的,互相保密,互相垄断。
真正的科学研究,特别是基础研究,秉承的是一种源自古希腊的优秀传统,即从兴趣出发,为满足对大自然的好奇心而进行目的单纯的学习和研究,不掺杂过多的实用性和功利性因素。这看似最不实用的科学,却恰恰孕育出了后世最有实用价值的科技成就,不能不说是一种“无心插柳柳成荫”的奇特景象。进入二十一世纪,以欧洲核子研究中心为代表的当代最前沿的科研圣殿,仍然坚持这种传统,相信自己能够带给人类最宝贵的精神财富。大型核子对撞机的建成,标志着人类科学已完全进入了一种大合作、大分享的时代,可谓在物理科学成果之外留给人类的另一种人文思想成果,颇值得深思。(韩晓波)