20世纪60年代的美国粒子加速器之争

乔笑斐 路昊明

(山西大学科学技术史研究所，太原 030006)

1937年，欧内斯特·劳伦斯(Ernest Lawrence)使用自制的回旋加速器加速氘核轰击钼靶，成功合成了第43号元素锝，这是第一个用人工方法制得的元素。劳伦斯因此获得了1939年诺贝尔物理学奖，而这个具有重要意义的加速器，成本只有不到10美元。

20世纪50年代以后，粒子物理学取得了许多辉煌成就，例如发现了数以百计的新粒子、诞生了标准模型等重要理论，极大加深了人类对物质的基本理解。然而，随着研究的逐渐深入，加速器的能量、规模和成本迅速提高，高昂的造价等原因引发了美国的粒子加速器争论。本文将对20世纪60年代的历次争论进行梳理，并从政治、经济等多个角度进行分析。

1 黄金时代与冷战阴影：1945—1957

二战结束后，美国经济进入持续高速发展的“黄金时代”，其用全球7%的人口生产出了全球42%的工业制成品、43%的电力、57%的钢铁、62%的原油和80%的汽车[1]。在原子弹的光环效应、经济的繁荣和冷战的刺激下，美国政府对粒子物理学提供了无条件的支持。

基于核物理学取得的重大成功，对亚原子领域的继续探索成为了科学共同体内部的强烈共识。粒子物理学作为基础科学的前沿领域和核物理学的天然继承者，获得了劳伦斯、罗伯特·奥本海默(Robert Oppenheimer)、恩利克·费米(Enrico Fermi)、罗伯特·巴彻(Robert Bacher)等众多核物理学家的青睐。

在科学共同体之外，政府和公众也给予了科学高度的信任。1945年7月，曼哈顿工程的发起者万尼瓦尔·布什(Vannevar Bush)提交了名为《科学：无尽的前沿》(Science:TheEndlessFrontier)的报告，他呼吁政府为基础科学提供更多的资金支持，因为基础科学在理解自然规律和推动工业、军事、医疗技术创新等方面有着不可替代的作用[2]，时任白宫幕僚长约翰·斯蒂尔曼(John Steelman)等政客也提出了类似的观点[3]。1950年至1951年，美国国家科学基金会(NSF)和科学顾问委员会(SAC)相继成立，后者隶属于美国总统行政办公室(EOP)的国防动员办公室(ODM)。在NSF和SAC的协同运作下，科学共同体获得了前所未有的资金自主分配权。据统计，基础科学获得的联邦拨款在1951年为7580万美元[4]，1954年提升至1.16亿[5]。

冷战的刺激进一步扩大了美国的科学投入。1957年10月4日，苏联Sputnik号卫星于拜科努尔航天中心发射升空，这是人类历史上第一颗进入行星轨道的人造卫星。因为Sputnik的巨大成功，尼基塔·赫鲁晓夫(Nikita Khrushchev)当即命令谢尔盖·科罗廖夫(Sergei Korolev)加紧研发Sputnik 2号，以庆祝即将到来的十月革命40周年[6]。11月3日，Sputnik 2号成功发射，并且搭载了一只活体太空狗。由于苏联发射卫星使用的火箭同样可以用来发射核导弹，而当时的美国在火箭建造上还存在瓶颈[7]，美国公众自原子弹以来的技术自豪感逐渐消失殆尽，取而代之的是无尽的恐慌，爱德华·泰勒(Edward Teller)和林登·约翰逊(Lyndon Johnson)更是直言Sputnik对美国的打击“要比珍珠港事件更严重”[8]。11月21日，德怀特·艾森豪威尔(Dwight Eisenhower)宣布将SAC升格为白宫直属机构——总统科学咨询委员会(PSAC)，旨在向美国总统提供关于科学政策的合理建议[9]，由麻省理工学院校长詹姆斯·基里安(James Killian)担任首任主席。然而，美国在12月6日的首次卫星发射却以失败告终，随即就有一位苏联驻联合国代表公开询问美国：是否有兴趣获得专门用于“不发达国家”的援助[10]。最终，在PSAC的推动下，美国的第一颗人造卫星Explorer1号于1958年2月成功发射，美国航空航天局(NASA)也于同年成立。

粒子物理学领域的竞争也在同步进行。1953年至1954年，美国布鲁克海文国家实验室(BNL)的Cosmotron加速器、伯克利实验室(Berkeley Lab)(1)为了纪念劳伦斯，伯克利实验室于1959年更名为劳伦斯伯克利实验室(LBL)，1995年更名为劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)。下文皆以LBL代称。的Bevatron加速器相继投入运行，能量分别可达3.3 GeV 和6.2 GeV。1956年，苏联杜布纳联合原子核研究所(JINR)成立。1957年，JINR主任弗拉基米尔·维克斯列尔(Vladimir Veksler)设计的质子同步加速器投入运行，能量高达10 GeV[11]。在冷战的强烈刺激下，美国对基础科学的拨款从1956年的1.57亿[12]暴涨至1957年的2.1亿[13]，几乎达到了1951年的三倍。“国家威望”成为了各类科学项目被支持的重要理由，美国的新一代加速器——斯坦福直线电子加速器(SLA)(2)SLA又称SLAC Linac。于1958年初进入PSAC的全面评估阶段。

经历了三十年代的大萧条和二战带来的经济繁荣，美国政府在战后给予了科学研究充足的信任与支持，科学家的社会地位大幅提高。而Sputnik的突然发射和PSAC的紧急成立，标志着美国的科学政策进入新的时期，科研经费的“黄金时代”开始了。

总体看来，自二战结束后的十几年间，粒子物理学获得了快速发展，相继发现了π介子、K介子、Λ粒子(3)此时期的新粒子大多是在宇宙射线中发现的，使用加速器探寻新粒子自1960年代成为主流。、反质子、电子中微子，提出了杨-米尔斯理论。此时期的加速器项目基本没有引发争议，其原因之一在于当时的加速器成本相对较低。然而，随着不久后加速器规模和成本的迅速提高，争论也就不可避免地产生了。

2 斯坦福直线电子加速器之争：1958—1961

SLA的构想最早源于爱德华·金兹顿(Edward Ginzton)和沃尔夫冈·潘诺夫斯基(Wolfgang Panofsky)在1954年提出的大型直线电子加速器计划。1956年4月，潘诺夫斯基主持召开了SLA的首次会议，正式提出新加速器的预期能量和长度分别为45—50 GeV和3.2千米，建造成本则高达7800万美元，因此该项目也被命名为“M项目”，有“Monster”之意[14]。自1958年初，PSAC先后委任物理学家詹姆斯·菲斯克(James Fisk)和IBM公司副总裁兼首席科学家伊曼纽尔·皮奥瑞(Emanuel Piore)率领的两个小组对SLA进行评估，最终的结果是全面支持其建设。1958年4月，艾森豪威尔在白宫会见了皮奥瑞小组和科学家代表，基里安、埃德温·麦克米伦(Edwin McMillan)和皮奥瑞通过演讲的方式说服了艾森豪威尔，主要理由是新加速器能够促进美国的科学事业和国家威望[15]。

最早提出反对意见的是著名核物理学家伊西多·拉比(Isidor Rabi)和汉斯·贝特(Hans Bethe)。1959年的全球粒子加速器能量上限是欧洲核子研究组织(CERN)的首个质子同步加速器(PS)创造的24 GeV(后来升级至28 GeV)[16]，BNL即将建造完成的交变梯度同步加速器(AGS)还将达到33 GeV的能量新高，但实际上7 GeV就已经可以满足当时全部的研究需要，因此拉比和贝特认为45 GeV的能量是没有道理的[15]。贝特建议将能量限制在20 GeV以内，美国在建的零梯度同步加速器(ZGS)和剑桥电子加速器(CEA)就很好地符合了这一点。而潘诺夫斯基和金兹顿则以未来的研究将用到更高能量、即使降低能量也不会减少成本为由进行反驳。但在随后的一次讨论会中，贝特收回了之前的意见并转向大力支持，而拉比则成为了最坚定的反对者之一。

1959年5月，艾森豪威尔发表了题为《科学：自由的女仆》(Science:HandmaidenofFreedom)的演讲，他将SLA的建造称为“联邦政府的责任”，并表示：“基础科学是应用和开发的基础，代表了探索和发现的前沿……自二战以来，美国科学家获得了一半以上的诺贝尔科学奖，保持在基础科学领域的优势对于提升美国的防卫能力、经济和文化实力是至关重要的。”(4)艾森豪威尔于1959年5月14日在纽约的演讲，见https://www.presidency.ucsb.edu/documents/address-science-handmaiden-freedom-new-york-city。此次演讲既明确表达了总统对加速器项目和基础科学的支持，也使得SLA正式进入公众视野。三天后，白宫发布了《基本粒子物理学的解释性声明》和《联邦关于支持粒子加速器的拟定方案》两份文件，由PSAC和美国原子能委员会(AEC)的总顾问委员会(GAC)组成的专家组联合起草。第一份文件中写道：“粒子物理学所关注的现象与我们眼前熟悉的世界相去甚远，它不是为了有用的应用，而是为了追求发现。粒子物理学是现代物理学的核心，也是人类几个世纪以来为了理解宇宙而努力的成果。”[17]第二份文件则具体强调了对斯坦福大学的SLA、中西部大学研究协会(MURA)的固定场交变梯度加速器(FFAG)的大力支持。

虽然基础科学获得的联邦拨款在快速增加，1958年和1959年分别达到了3.31亿[18]和5.43亿的新高[19]，但SLA的成本也上升到了1.05亿美元，相当于美国已建成的全部加速器的造价之总和，此外还有每年1500万美元的运行成本。尽管已经获得了总统的批准，但如此昂贵的项目还需要国会的全面授权。1959年7月，在AEC的建议下，美国国会原子能联合委员会(JCAE)召开了国会听证会。

听证会上，斯坦福大学校长助理罗伯特·莫尔顿(Robert Moulton)，物理学家利兰·霍沃斯(Leland Haworth)、亨利·史迈斯(Henry Smyth)、诺曼·拉姆齐(Norman Ramsey)、拉格纳·罗尔夫森(Ragnar Rollefson)，工程师威廉·布罗贝克(William Brobeck)等十余人先后做了发言，他们大多对SLA表示支持，除了国家威望、科学价值等常见观点外，此次听证会还有一些代表性论断，主要包括[20]：

(1)目前全球已有和在建的10 GeV级加速器都是质子加速器，而SLA则是加速电子和正电子，其电流强度将至少是其他加速器的50倍。电子是比质子更基本的粒子，电子加速器还有利于探索深层次的核内结构。

(2)虽然在能量小于10 GeV的情况下，环形加速器可以节省大量资金，但在能量很高的情况下，过大的圆环尺寸将使环形加速器失去经济优势。直线电子加速器还有许多优于环形加速器的独特优势，比如有利于避免其他类型的加速器在建造过程中潜在的困难、有利于研究反物质和奇异粒子、有利于发现新粒子等等。

(3)该项目在粒子物理学研究中具有全球范围内的科学意义，它将为高水平的国际交流与合作提供独特的机会。

从这些观点中可以看出，直线形、加速电子等设计优越性是SLA获得支持的重要原因，这种设计在当时是具有创造性的，而不是简单地在主流加速器的基础上进行能量提升。

反对的声音也持续不断。除了拉比以外，CEA项目的负责人斯坦利·利文斯顿(Stanley Livingston)、后来的1963年诺贝尔物理学奖得主尤金·维格纳(Eugene Wigner)、民主党议员克林顿·安德森(Clinton Anderson)都对SLA提出了反对意见，主要包括([21]，pp273—275)：

(1)加利福尼亚州坐落于巨大的地震带——圣安地列斯断层之上，加速器容易受到地震的影响，具体的组织管理、建筑设计和施工方法还需要进一步的研究。

(2)SLA将从军事研究中吸引过多的青年科学家转到粒子物理学，而军事和国防安全应当被列为最高优先级。

(3)SLA过高的成本将会侵占CEA等其他加速器项目的拨款。

科学共同体内部的资源分配问题已经出现，而这种情况也主导了后来的加速器争论。更糟糕的是，时任AEC主席约翰·麦考恩(John McCone)也对SLA颇有不满。接任基里安的新任PSAC主席乔治·基斯提雅科斯基(George Kistiakowsky)在日记中写道：“麦考恩预测我们不会从国会拿到钱，他认为科学家只会在政府里制造麻烦……总统应该任命像约翰·麦克洛伊(John McCloy)这样的人取代麦考恩。”([21]，pp21—23)事实上，麦考恩出身于商人世家，曾在哈里·杜鲁门(Harry Truman)时期担任美国空军副部长，后在约翰·肯尼迪(John Kennedy)时期担任中央情报局局长[22]，而接替麦考恩的下一任AEC主席则是著名化学家格伦·西博格(Glenn Seaborg)，他曾与麦克米伦共享了1951年诺贝尔化学奖。

在1959年组成的第86届美国国会中，民主党议员在参议院和众议院的席位占比分别达到66%和65%，他们将SLA称为“艾森豪威尔的加速器”[14]。在1960年5月举行的众议院投票上，共和党强调“拒绝批准该项目可能会使苏联在粒子物理和核研究方面处于领先地位，并向世界表明美国在基础科学领域已经走向衰落。”民主党则以“出乎意料的成本增加”为由，认为该项目“需要进一步的工程评估”，SLA再次以194票反对(60.1%)、129票支持(39.9%)被否决。国会授权在这种情况下被反复拖延，直到1961年9月才最终获批，而此时已经是新一届的国会和政府。1962年7月，SLA正式动工，斯坦福直线加速器中心(SLAC)成立，最终于1966年建成并投入运行，实际获得拨款1.14亿美元。

围绕SLA的争论是50年代末至60年代初期的一场重要的科学争论，如果没有国会的重重阻拦，SLA原本可以提前几年投入使用。艾森豪威尔于1960年12月主持了离任前的最后一次PSAC会议，当他得知国会再次推迟了授权时，他对民主党对科学政策的干预表示了不满[23]。虽然此次争论有科学界的广泛参与，但政治因素起到了更大的影响。

3 百GeV级加速器之争与费米实验室的成立：1961—1967

随着1961年1月肯尼迪入主白宫和第87届国会的成立，冷战逐渐走向白热化。以肯尼迪和约翰逊为代表的民主党是冷战中的激进派，他们力主在科学、技术、军事等多个领域全面超越苏联，“打败苏联”成为了重要的政治口号。阿波罗计划于1961年5月正式启动标志着美国的大科学时代进入全盛时期，SLA最终的成功获批也促使美国科学界提出了越来越多的大型加速器计划，ZGS、CEA、普林斯顿-斯坦福电子对撞机、88英寸回旋加速器在几年内相继建成，新的争论也在这样的背景下出现了。

1961年3月，PSAC公布了未来十年的加速器计划，其中提到“苏联进一步表明了其在这一领域继续前进的决心……美国只有扩大加速器规模才能保持优势”，建议在下个十年中将粒子物理领域的投入提升至原先的四倍，其中的3.5亿美元将用于建造新一代的百GeV级大型加速器[24]。仅一个月后，BNL、LBL和西部加速器联盟(WAG)(5)成立于1960年，由加州理工学院发起，成员包括加州大学洛杉矶分校、加州大学圣地亚哥分校、南加州大学等。就分别提出了100—300 GeV的加速器建造方案，而AEC和多数物理学家认为美国只能负担得起一台百GeV级加速器。WAG的提案最具创新性且成本最低，LBL和BNL则分别拥有一支经验丰富的加速器制造团队，但BNL的劣势在于其建造的AGS刚刚投入运行，而此时还有MURA的FFAG、康奈尔大学的电子同步加速器等项目处于待批准状态。

冷战再次刺激了美国粒子物理学的进程。1962年11月，苏联的U-70质子同步加速器进入建造阶段，预期能量70 GeV，是AGS的两倍以上[25]。同月，PSAC和GAC再次成立了调查小组，委任拉姆齐为组长，成员主要包括菲利普·艾贝尔森(Philip Abelson)、欧文·张伯伦(Owen Chamberlain)、默里·盖尔曼(Murray Gell-Mann)、李政道、潘诺夫斯基、爱德华·珀塞耳(Edward Purcell)等十位科学家。拉姆齐小组在接下来的半年时间里召开了14次会议，并最终在1963年4月26日发布了报告，其中指出(6)详见AEC的TID-18636号报告：Report of the Panel on High Energy Accelerator Physics of the General Advisory Committee to the Atomic Energy Commission and the President’s Science Advisory Committee。：

(1)以LBL的200 GeV加速器项目作为最优先事项。

(2)作为第二优先事项，建议BNL对600—1000 GeV项目进行深入的设计研究。

(3)对MURA的FFAG项目继续推迟。

LBL在三个加速器项目的竞争中胜利了，而BNL的项目最终演变为后来的ISABELLE对撞机项目(7)即BNL于1978年开始建造的800 GeV对撞机，目标是寻找传递弱相互作用的中间矢量玻色子W±和Z0，但由于超导磁体的技术问题而在1981年陷入停滞，最终在1983年CERN发现W±和Z0之后被终止。。尽管MURA以FFAG的创新性设计作为辩护，但此份报告几乎是宣布了FFAG的死刑(8)FFAG项目正式被取消于1964年。，这引起了中西部地区议员的强烈不满，他们认为联邦将过多的科学资源集中在西部和东北地区，而中西部拥有12个州和超过20%的全国人口，却基本没有大型科学设施(9)当时中西部唯一的加速器是阿贡国家实验室(ANL)的ZGS，其最早被提出于苏联的10 GeV加速器在1957年建成后不久，但漫长的工期使得这台12.5 GeV的机器在1963年建成时已经远逊色于新一代的加速器。，这体现了严重的资源分配不公。中西部议员在接下来的几个月里持续不断地向AEC和肯尼迪就此事提出意见，争论还远未结束。

1963年11月，肯尼迪突然遇刺身亡。约翰逊继任总统后，美国开始全面介入越南战争。1964年8月，美国对北越发起了第一次公开的武装进攻，越美军数量在五年之内从1.6万人增加至54.3万人。不久，LBL于1965年6月发布了200 GeV加速器的详细设计报告，预计7年建成，建造成本为3.48亿美元，而此时AEC已经将新加速器的预算从3.5亿下调至2.5亿，粒子物理学的1965年总预算下调至2.8亿。9月，罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)公开对LBL的设计提出了批评，他认为此方案是“糟糕的”，不仅“过于保守”，而且“缺乏想象力”。随后，威尔逊独立开展了200 GeV加速器的设计工作，他主张使用H形磁体代替C形磁体，并在许多设计细节上做出了调整，预计最终成本为1亿美元，预期3年建成，这与LBL的设计形成了鲜明的对比[26]。高昂的军事支出导致了科学预算的紧缩，加速器方案再次进入讨论阶段。

截至1965年7月，AEC已经收到了来自46个州的大约200个新加速器的选址提案，由于此项目会带来相当可观的就业机会和经济效益，各地政客对该项目表现出了浓厚的兴趣。1966年3月，AEC将候选地址缩小到了6个：威斯康星州的麦迪逊、加利福尼亚州的萨克拉门托、科罗拉多州的丹佛、纽约州的长岛、密歇根州的安娜堡、伊利诺伊州的韦斯顿[27]。1966年12月，最终地点被确定为韦斯顿——一个经济落后的中西部小镇。主流观点认为这主要是出于政治考量，即为了缓和长期以来的资源分配不平衡问题，也有相关人士指出这是约翰逊和来自伊利诺伊州的参议院少数党领袖埃弗里特·迪克森(Everett Dirksen)(10)虽然来自不同政党，迪克森却成为了约翰逊的越战扩大化政策的最主要支持者之一。之间的政治交易[28]。鉴于威尔逊此前已经出色地完成了康奈尔大学的加速器项目，而且他提出的新方案更适合当前的预算环境，威尔逊于1967年2月被任命为国家加速器实验室(NAL)的首任主任，全面主持新加速器项目的建设，LBL也接受了这一结果。1972年3月，新加速器在预算不足的情况下成功达到200 GeV的设计能量，其正式名称为主环(Main Ring)，在1983年以后成为了Tevatron加速器的一部分并一直使用至1999年。为了纪念费米，NAL于1974年更名为费米国家加速器实验室(Fermilab)。

200 GeV加速器的建造和费米实验室的成立是一波三折的，从最初几个美国著名实验室之间的建造方案争论到后来全国性的选址争论，经济因素影响了事情发展的走向，而政治因素成为了导致最终结果的决定性力量。费米实验室就是这样在政治的漩涡和诸多偶然因素的共同作用下成立的。尽管新加速器和新实验室为粒子物理学的发展带来了光明的前景，但在美国深陷越战泥潭和经济发展放缓的大背景下，依然招致了社会公众的广泛批评。《纽约时报》(TheNewYorkTimes)对此评论道：“200 GeV加速器与解决当前真正的国家问题无关。美国在越南陷入了一场血腥的战争；美国城市街道上充满了反对种族和经济不平等的暴动游行；数以百万计的美国人居无定所、缺少基本的医疗服务和教育机会。现在将数亿元投入到不必要的科学奢侈品中，是对国家优先事项的扭曲。”(11)出自刊登于1967年7月16日《纽约时报》第142版的评论文章，原标题为：… vs. Scientific Luxury。不仅如此，粒子物理学持续增长的经费还对其他学科的发展造成了威胁，一场美国物理学界内部的争论展开了。

4 学科优先级与资金分配之争：1964年起

与之前的争论不同的是，始于1964年的这场争论的重点是学科发展的优先级问题，即在资金有限的情况下，粒子物理学是否应该优先发展。事实上，粒子物理学的庞大预算已经多次侵占其他科学领域的科研资金。争论的参与者以粒子物理学家和凝聚态物理学家为主，前者认为粒子物理学作为最基础的学科理应优先发展，后者则强调科学没有真正意义上的基础。这场争论不在于讨论某个具体的加速器项目，而侧重于对粒子物理学本身的价值进行评估，因而具有深远的意义。

在1964年3月的AEC听证会上，JCAE主席切斯特·霍利菲尔德(Chester Holifield)指出：粒子物理学的预算已经从1960年的5300万美元提升至1964年的1.35亿美元，其他科学领域的拨款将会被粒子物理学挤压，维格纳和艾贝尔森也抱怨粒子物理学正在夺走其他科学领域的资金。

率先系统地对粒子物理学发起攻击的是橡树岭国家实验室(ORNL)主任阿尔文·温伯格(Alvin Weinberg)。他提出：不同科学领域获得资助的优先级，应当根据实用性和与临近学科的相关性来排序。按照这种标准，粒子物理学与其他的科学领域相距甚远，能够带来的实用性技术也近乎为零。相比之下，分子生物学与临近学科关系密切，并且能够创造很高的实用价值。而如果粒子物理学很便宜的话，这本不会成为问题，但由于大型粒子加速器造价不菲，粒子物理学往往需要非常高额的资金。因此，虽然粒子物理学已经在核物理学的光环下恣意发展了多年，但是从现在起，它不应该再受到这种理所当然的支持[29]。

阿尔文·温伯格的观点很快就遭到了质疑。1965年1月，BNL出版了一本名为《物质的本质：粒子物理学的意义》(NatureofMatter:PurposesofHighEnergyPhysics)的小册子，由袁家骝主编，收录了众多知名物理学家对于粒子物理学的观点，旨在消除“不仅在公众之间，而且也在整个科学共同体之间”对于粒子物理学的误解，并且证明建造大型粒子加速器的合理性，部分观点如下[30]：

(1)斯蒂芬·温伯格(Steven Weinberg)：自然界中存在一种具有简单性和绝对性的终极规律，所有的科学都从这个规律中产生。粒子物理学和宇宙学是最有可能找到终极规律的领域，这是粒子物理学和宇宙学独有的内在价值，其他任何学科都不具备这一点。如果因为价格昂贵就不再建造新的加速器和望远镜，就意味着放弃了科学的终极目标。

(2)朱利安·施温格(Julian Schwinger)：每个时代的物理学家对自然的理解程度，都制约着当前的科学水平、技术方式和社会文化。粒子物理学家正在对更深层次的自然进行探索，某些看似独立的自然现象将有可能在更深的层次达到统一。

(3)维克托·韦斯科夫(Victor Weisskopf)：科学研究包括深入性研究和广泛性研究两个维度。粒子物理学、核物理学属于深入性研究，致力于发现基本定律。凝聚态物理学、等离子体物理学、生物学属于广泛性研究，旨在根据已有的基本定律对现象进行解释。

1967年，韦斯科夫进一步阐述了他的观点：粒子物理学是主要的前沿科学之一，它试图在我们所有已知的物质之上，建立物理学的基本定律，即寻找四种基本相互作用遵循的定律，并最终实现四者的统一。除了解释粒子间的相互作用以外，粒子物理学还试图寻找粒子本身存在的原因。粒子物理学在今天扮演的角色，就是1900年至1925年原子物理学扮演的角色，也是1925年至1950年核物理学扮演的角色，代表了当前时代对物质研究的最前沿。而且，粒子物理学是物理学教育的重要组成部分，如果将粒子物理学置于次要学科，科学教育将会失去其本质特征：对基本定律的追求，对理解新现象的渴望。

作为回应，菲利普·安德森(Philip Anderson)于1972年发表了一篇颇具影响力的文章《多者异也》(More Is Different)，对粒子物理学家普遍持有的还原论观点提出了质疑：“大型和复杂的基本粒子集合体的行为，并不能按照少数基本粒子性质的简单外推来理解。事实上，在复杂性的每一个层次，都会有崭新的性质出现，为理解这些新行为所进行的研究，本质上同样是基础性的……在每一个层次上，我们都会遇到迷人的、非常基本的问题，即：将不那么复杂的部分组合为一个更为复杂的系统，并理解由此而来的本质上新型的行为。”[31]安德森的观点可以总结为一种新的纲领——涌现论，即就自然规律而言，物理世界是个由大体上相互独立的层次构成的等级结构[32]。安德森的观点获得了凝聚态物理学家的广泛支持，他也切身参与了一些反对建造粒子加速器的抗议活动，比如反对英国参与CERN的新加速器项目[33]。他多次强调科学是没有等级之分的，粒子物理学并不比其他任何学科更基础，这些“错误的观点”是建立在“过时的科学哲学”之上的。

谢尔登·格拉肖(Sheldon Glashow)和利昂·莱德曼(Leon Lederman)的观点与韦斯科夫一致：在国际象棋中，有两个截然不同但又相互联系的任务，首先是学习象棋的基本规则，其次是成为一名象棋大师。在科学中：第一个任务与粒子物理学和宇宙学相对应，是根本性任务；第二个任务与凝聚态物理学和其他学科相对应，是将已知的基本规则拓展并应用于可观察的现象，是相关性任务[34]。

贝尔实验室(Bell Labs)的艾米·弗洛里(Aimé Fleury)具体描述了小科学项目被削减预算的事实：“尽管政府对科学研究的总体支持有所增加，但大部分资金都流向了粒子加速器等大型科学项目，以及一些以空间站为代表的科研价值不高的项目。每一个大型项目投资的背后，往往会有成千上万个小型科研项目被剥夺资金，而这些项目却对于保持美国的国际竞争力至关重要，比如半导体、超导体和其他尖端技术。”[35]尼古拉·布隆伯格根(Nicolaas Bloembergen)和安德森进一步指出：在美国，超导领域的每一位研究者都在经历着反复且严重的资金削减……粒子物理学也并不是某些支持者声称的获取新的基础知识的唯一途径[36]。与粒子物理学相比，凝聚态物理学、材料科学等其他领域的研究资金严重不足，尽管这些领域更有可能产生具有经济效益和技术价值的应用产品。

从某种意义上来说，这场争论至今仍在继续，这与学科自身的特性密切相关，虽然粒子物理学和凝聚态物理学都以量子场论为基础，但是发展出了两种截然不同的科学哲学观。在冷战形势最为严峻的六七十年代，以安德森为代表的凝聚态物理学家对粒子物理学提出的质疑，并没有动摇后者在美国科学中的优先性地位。但在80年代后期和冷战结束以后，美国逐渐失去了在粒子物理学领域的全球统治性地位，其中的标志性事件是超导超级对撞机(SSC)于1993年的终止。尽管SSC被取消的原因是复杂的，但凝聚态物理学家长期以来对粒子物理学和还原论的批判无疑起到了重要作用。

5 结语

60年代以来，粒子物理学取得的成就是有目共睹的，其发现和成果占据了约三分之一的诺贝尔物理学奖。在持续的争论声中，SLAC的斯坦福直线电子加速器、费米实验室的200 GeV加速器和Tevatron最终都成功投入运行，前者在发现J/ψ介子、τ子和证明夸克的存在等方面做出了重要贡献，后者则发现了著名的顶夸克。

事实证明，拉比和贝特当初对于加速器能量过高的担忧是多虑的，较低的能量虽然可以满足当时的实验需要，但从长远来看是远远不够的，比如希格斯玻色子和顶夸克的静能量就分别达到了125 GeV和172 GeV。粒子加速器的能量和规模在几十年里持续提高，目前全球能量最高的加速器是CERN在2008年建成的大型强子对撞机(LHC)，其能量高达13 TeV，即1.3×104GeV。或许正如丁肇中所说：“30年以后，你的科学目标还有没有意义？如果这个科学只在现在有意义，那你就不要做了。”[37]

斯坦福加速器之争、200 GeV加速器建造方案之争和选址之争、粒子物理学优先性之争的侧重点各有不同，其中既有对科学价值本身的探讨，也有关于资源分配问题的争论，还有出于经济和社会环境的考量，但都集中体现了科学背后的政治博弈。一方面是争论各方的观点产生了重要影响，另一方面是政治成为了科学决策的决定性力量。政治对科学的影响是显而易见的，这也是大科学时代的必然结果，因为大型科学装置往往需要举国之力甚至国际合作才能完成，像迈克尔逊-莫雷实验这样花费很低且意义深远的科学实验自20世纪中叶以来已经越来越少。

时至今日，LHC发现了希格斯玻色子，但探索并未终结。我们目前对中微子、CP破缺、暗物质、反物质等领域知之甚少，未来一定需要更新的、更强大的加速器，这就意味着需要更大的规模和更高的成本。因此，当新的加速器项目被提出时，随之而来的争论似乎是不可避免的。

中国近年来就有许多关于加速器的争论，争论的重点在于是否应该在中国投资建设环形正负电子对撞机(CEPC)和超级质子-质子对撞机(SPPC)。CEPC是预期能量250 GeV的希格斯工厂，目标是精确测量希格斯玻色子的性质。SPPC的预期能量和成本则高达100 TeV和1000亿人民币，致力于寻找超越标准模型的新粒子和新物理现象。60年代美国的加速器争论在今天仍然具有借鉴意义，我们可以对历史进行思考，从而获得灵感和启发。