科技的发展是永无止境的，无论我们取得了多大的进步，我们都应当知道，这只是短暂的一个阶段，人类的未来还有很长一段路要走。因此，科学家们仍然在进行积极地探索，并提出自己的见解，比如在关于该不该建设对撞机这件事上，我国著名的两大物理学家王贻芳和杨振宁就有过争论。

大型强子对撞机 (LHC) 是世界上最大的粒子对撞机：现代粒子物理学的一个奇迹，它使研究人员能够探查现实的深处。2012 年，位于法国和瑞士边境的 16.5 英里（27 公里）长的地下环，巨大的原子粉碎机让研究人员能够找到著名的希格斯玻色子的证据，并由此带来了许多其他发现。

1、什么是大型强子对撞机？

大型强子对撞机的起源可以追溯到 1977 年，当时欧洲核研究组织 (CERN) 前主任约翰亚当斯爵士建议建造一条地下隧道，以容纳能够达到极高能量的粒子加速器，根据物理学家 Thomas Schörner-Sadenius 2015 年的历史论文。

该项目在 20 年后的 1997 年获得了正式批准，并开始在通过法瑞边境下方的环上进行建设，该环能够将粒子加速到光速的 99.99% 并将它们粉碎在一起。根据 CERN的数据，在环内，9,300 个磁铁以每秒 11,245 次的速度在两个相反的方向上引导带电粒子包，最终将它们聚集在一起进行正面碰撞。

该设施每秒能够产生大约 6 亿次碰撞，喷出令人难以置信的能量，并且每隔一段时间，就会喷出一种前所未有的奇异重粒子。大型强子对撞机的运行能量比之前保持记录的粒子加速器——费米实验室在美国退役的 Tevatron 高出 6.5 倍

在它开始运行之前，人们担心新的原子粉碎机会摧毁地球，也许是通过创造一个吞噬一切的黑洞。但任何有声望的物理学家都会说，这种担忧是没有根据的。

大型强子对撞机之前运行的数据首次被用于发现机器内部的幽灵中微子、来自时间黎明的神秘原始“ X”粒子，以及一种我们目前无法解释的奇怪模式宇宙。

2、王贻芳与杨振宁的争论

关于中国应当建造大型对撞机的想法，在最开始的时候是由我国的一位著名数学家丘成桐提出来的，他认为：如今的中国已然有了在科技的某一方面领先世界的能力，既然这样，我们为什么不加大投资力度，来走在人类前沿，发明出一个让数学界焕然一新，并且促进数学和物理这两个领域发展的大型对撞机呢？

正是因为他的这次发言，引发了学术界激烈地讨论，尤其是王贻芳和杨振宁，他们在关于中国是否应当建造大型对撞机这件事上，进行了多年的争论。

王贻芳是我国的一位著名物理学家，他不仅天赋异禀，有着适合搞科研的聪明头脑，还刻苦用功，一心钻研学术。在他27岁时，他被赋予重任，成为了“新粒子寻找组”最年轻的一个组长，那个时候，所有的组长都比他要大很多，只有他不仅年纪轻轻，还没有什么经验，甚至只是一个学生。

有很多人因为他年纪小没经验而不看好他，可是他却用自己的研究成果向所有人都证明了他的实力。

当时他所在的实验组里，没有一个组长认为能够作出测量陶轻子的极化这个实验，只有王贻芳相信，并且在不懈地努力下，成功地测量了出来。

他为人类物理学界作出了巨大的贡献，实现了很多物理界“首次”的成就，而若论其中最厉害的一项，那必然是大亚湾中微子实验，这项实验入选了《科学》里的年度十大突破，王贻芳也因此成为了学界最看好的未来诺贝尔奖获得者。

王贻芳对于大型对撞机的建造持着非常坚定的肯定态度，因为他认为，在时间相近的时候，欧洲提出来的关于对撞机的理念，和我国的科学家们所提出来的有关对撞机的原理是极其相似。

这也就说明，我国提出来的建造方法是可行的，所以我们应当赶在他们之前，将该项技术研发出来。

当然，一个科研项目的进行，背后必须要有国家的财力做支撑，王贻芳计算过，要想建造大型对撞机，在最开始的阶段大约要投入三百六十亿的资金，这对中国来说虽然是一笔不小的投资。

虽然投入资金较大，但是，其若能真的研发成功，对中国的科学界来说是意义重大的，可以说是中国科学跨越性的发展。

基于此因素，王贻芳认为：大型对撞机应当建造，可是，同样作为科学家的杨振宁，却和他有着截然相反的观点。

杨振宁是我们所熟知的一位物理学家，他的主要研究领域是粒子物理学和统计力学，在成为物理学家之后，他不断钻研，为科学界作出了巨大的贡献，并且因为和李政道共同发表的宇宙不守恒定论这一论文，获得了诺贝尔物理学奖这一至高无上的荣誉。

杨振宁作为物理学家，已经突破了现有物理学的边界，让其有了全新的进展，而作为这样一个一心一意搞科研，并且全新追求创新的物理学家来说，杨振宁理应支持大型对撞机的建设才是，可是他却对这一问题始终持反对意见，并且因此和王贻芳争论了好几年，这是为什么呢？

其实，杨振宁反对建造，主要是出于以下几个方面考虑。

首先便是投入的成本实在是太高了。其二，就是因为资金的问题，杨振宁认为，比起虚无缥缈的、全新的大型对撞机，现在中国的科学领域还有很多等着用钱的地方，所以与其把钱放到远处不知何时能摸到的大型对撞机上，不如先拯救近处的燃眉之急。最后，杨振宁提出了一个关键性的问题，那就是大型对撞机究竟是否能够发挥人们所设想的那样关键的作用。

科学家们想要研究出大型对撞机，是为了寻找到超对称粒子，但是这一研究已经持续了很多年，到现在该粒子是否存在，究竟该如何找到，用大型对撞机来寻找是否真的能找到，仍然是一个未解之谜。

在没有任何切实根据的情况下，贸然投入一笔巨款和大量的人力物力进行研究，不仅是一个十分冲动的行为，也是对科学界和对国家的不负责任。

3、大型强子对撞机无法使粒子运动得更快的三个原因

1)磁铁强度。如果我们可以将我们的电磁体——让粒子保持圆周运动的“弯曲”磁铁——增加到任意高的场强，似乎我们可以继续加速这些粒子以越来越快的速度。绕最大的圆形轨道每转一圈，电“踢”就会使您达到更高的速度，同时磁场强度的相应增加会更严重地弯曲您的粒子。只要你的磁铁能跟上，你就可以不断增加粒子的速度，使其越来越接近光速。

对于质子这样的粒子，其质量与其电荷相比较大，这对磁铁来说是一项艰巨的任务。与低质量粒子相比，需要更强的磁铁将高质量粒子保持在特定半径的圆形轨道上，而质子的质量大约是电子的1836倍，而电子具有相同的电荷量。对于大型强子对撞机的磁铁，它们的最高强度约为8特斯拉，大约是之前的记录保持者万亿电子伏特加速器磁铁强度的四倍。

不幸的是，这不仅仅是达到那个场强，而是精确地控制它、维持它，并使用它来完全弯曲这些粒子，因为它们需要弯曲。

大型强子对撞机的当前一代电磁体确实无法保持比这更强的场强，尽管国家高磁场实验室的研究已经在短时间内实现并保持了高达~45/75/101特斯拉的场强（取决于相关的设置和磁铁），并且长期高达32特斯拉，这是今年早些时候创下的新纪录。即使用液氦冷却，导致电磁体超导，也有一个物理极限，可以达到并保持长时间的场强。

为加速器配备一套新的电磁铁既昂贵又费力：任何此类升级都需要专门设计用于制造加速器所需磁铁的专业制造设施。还需要一套全新的支持基础设施。这一进步是导致在费米实验室发现顶夸克的主要升级——当时安装了新一代电磁体，创造了万亿电子伏特加速器——但随着目前大型强子对撞机上安装的技术，更高的场强根本不可能实现。

2)质子的荷质比。如果你可以操纵物质的本质，你可以想象在保持电荷不变的情况下降低质子的质量。尽管我们在这里讨论的是相对论，但牛顿著名的方程F=ma足以说明，在相同的场和相同的力但质量较小的情况下，您可以获得更大的加速度。

我们有一个与质子带相同电荷但质量低得多的粒子：带负电的电子及其反物质对应物正电子。电荷相同但质量仅为1/1836的情况下，它可以更快、更轻松地加速。

不幸的是，我们已经在大型强子对撞机现在所在的同一个环中尝试了加速电子和正电子的实验：它被称为LEP，代表大型电子——正电子对撞机。虽然这些电子和正电子能够达到比大型强子对撞机上的质子更快的速度——299,792,457.992m/s，而质子约为299,792,455m/s——这些对应的能量比大型强子低得多对撞机的质子。

限制因素是一种称为同步辐射的现象。当您在磁场中加速带电粒子时，它不仅会垂直于磁场方向和粒子的原始运动弯曲；它还发出电磁辐射。这种辐射将能量从快速移动的粒子带走，并且：粒子移动得越快，它的电荷越大,，它的质量越低，磁场越强，这种同步加速器辐射的能量越大。

对于质子这样的粒子，同步辐射仍然可以忽略不计，而对于电子或正电子这样的粒子，它已经是当前技术的限制因素。

一个更好的解决方案是找到一个粒子，它介于电子和质子的质量之间，但具有相同的电荷。我们有一个：μ子，但问题是它不稳定，平均寿命只有2.2微秒。在我们能够像控制质子和电子（以及它们的反物质对应物）一样容易和成功地创造和控制μ子之前，质子的重质量或电子的同步加速器发射将是一个限制因素。

3)环的（固定）尺寸。在保持其他一切不变的情况下，您始终可以通过增加粒子加速器的尺寸来获得更高的能量。更大的半径意味着相同强度的磁铁和相同电荷和质量的粒子可以获得更高的能量：半径加倍，你可以达到的能量也加倍。

事实上，万亿电子伏特加速器（每次碰撞达到~2TeV的能量）和大型强子对撞机（达到~14TeV）之间的主要区别是：他们的磁场强度（从~4.2特斯拉到~7.5特斯拉），以及它们的环的周长（从~6.3公里到~27公里）。

你的环越大，你可以探测宇宙的能量就越高。这意味着有更多的能量可用于粒子创造（通过爱因斯坦的E=mc^2），更有可能观察到在较低能量下被抑制的稀有过程，并且更有可能发现一些全新的东西。

虽然理论家经常争论在当前已知的边界之外可能存在或不可能存在什么，但实验主义者知道一个更基本的事实：自然就是它本来的样子，并且经常违背我们的期望。如果我们想知道外面有什么，找出答案的唯一方法就是观察。

如果可以克服这三个障碍中的任何一个——如果我们可以增加电磁体的最大强度，如果我们可以增加质子的荷质比（但不能增加太多），或者如果我们可以增加尺寸粒子遵循的圆形轨迹——我们可以在粒子碰撞中获得更高的能量，并突破目前探索的实验物理学前沿。

就目前而言，我们在大型强子对撞机上寻找新物理学的最大希望将来自收集更多数据，通过增加粒子的碰撞率并长时间以增加的碰撞率运行。我们希望更多的数据将揭示一种微妙的影响，暗示一些超出目前预期的新事物。

结语：

如果我们真的想用我们建造的粒子加速器获得最高的能量，我们就必须开始在比整个行星更大的尺度上建造它们；也许去太阳系尺度是不应该被忽略的事情。现在，也许不幸的是，这些将仍然是物理学爱好者和疯狂科学家的梦想。实际上，地球上的粒子加速器，受尺寸、磁场强度和同步辐射的限制，根本无法与我们自然宇宙提供的天体物理实验室竞争。

科学永无止境，对于科学家们的争论，我们不应当感到奇怪，反而应当欣慰和感激，因为只有科学家们永远心存好奇心和野心，我国的科学才能被推动，才能有更加振奋人心的突破。

文章来源：李渔科普，正道观察，红尘画卷