本文是清華大學(xué)何紅建教授對普林斯頓高等研究院物理學(xué)家愛德華·威滕的訪問，由鮮于中之博士翻譯，將由《數(shù)理人文》雜志和 ICCM Notices刊登中英文版，轉(zhuǎn)載請注明出處。
愛德華·威滕目前是普林斯頓高等研究院的Charles Simonyi教授。他最近在北京參加了由清華大學(xué)主辦的弦論2016國際會(huì)議。就在會(huì)議開始前，他與戴維·格羅斯教授（2004年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者）在中國科學(xué)院大學(xué)接受了由中科院院長白春禮頒發(fā)的榮譽(yù)博士學(xué)位。威滕教授此前曾多次訪華。2014年2月23日，他受邀參加了在北京清華大學(xué)舉行的“希格斯玻色子發(fā)現(xiàn)之后：基礎(chǔ)物理學(xué)向何處去”的主題討論，與會(huì)者還包括諾貝爾獎(jiǎng)得主戴維·格羅斯與杰拉爾德·埃圖夫特等著名物理學(xué)家。
對中國公眾而言，多數(shù)人只知道威滕教授是菲爾茲獎(jiǎng)獲得者和弦理論的領(lǐng)軍人物。然而對物理學(xué)界來說，他同時(shí)是一位杰出的理論物理學(xué)家，在基礎(chǔ)物理學(xué)的許多領(lǐng)域都做出了重要貢獻(xiàn)。事實(shí)上除菲爾茲獎(jiǎng)（1990年）外，他還獲得過許多物理學(xué)大獎(jiǎng)，包括狄拉克獎(jiǎng)（1985年），愛因斯坦獎(jiǎng)（1985年），國家科學(xué)獎(jiǎng)（物理，2002年），亨利·龐加萊獎(jiǎng)（2006年），洛侖茲獎(jiǎng)（2010年），艾薩克·牛頓獎(jiǎng)（2010年），基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎(jiǎng)（2012年），阿爾伯特·愛因斯坦世界科學(xué)獎(jiǎng)（2016年），美國物理學(xué)會(huì)杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)（2016年）。物理學(xué)界高度敬仰他杰出的創(chuàng)造力和貢獻(xiàn)，正如艾薩克·牛頓獎(jiǎng)的頒獎(jiǎng)辭所說，“他的大量重要貢獻(xiàn)改變了粒子物理理論、量子場論與廣義相對論等領(lǐng)域”。新聞媒體通常將他描述為愛因斯坦的繼承者。盡管他非常謙虛，很多同行物理學(xué)家認(rèn)為他的風(fēng)格與牛頓非常相近，因?yàn)榕ｎD作為近代科學(xué)史上獨(dú)一無二的大師，既是偉大的物理學(xué)家，又是偉大的數(shù)學(xué)家。
問：威滕教授，我們8月份在清華大學(xué)舉行的弦論2016會(huì)議上見過您，非常高興有機(jī)會(huì)采訪您。我們的第一個(gè)問題是想了解您如何看待物理與數(shù)學(xué)交叉的重要性，這種交叉過去曾導(dǎo)致了物理學(xué)的許多次革命性進(jìn)步，包括牛頓力學(xué)、狹義與廣義相對論、量子力學(xué)、量子場論與規(guī)范理論。您獲得過牛頓獎(jiǎng)與龐加萊獎(jiǎng)，有趣的是，牛頓因提出物理學(xué)中的牛頓定律而享有盛名，他同時(shí)為了解決物理問題又發(fā)明了微積分。另一方面，龐加萊是數(shù)學(xué)家出身，但他對物理學(xué)也做出了基礎(chǔ)性貢獻(xiàn)（大衛(wèi)·希爾伯特應(yīng)當(dāng)是龐加萊之后另一個(gè)類似的偉大人物）。您是否可以根據(jù)您的經(jīng)驗(yàn)對這兩者做一評論嗎？
答：人們經(jīng)過了許多時(shí)間才認(rèn)識(shí)到，要理解自然世界，就需要對基本現(xiàn)象作精確的數(shù)學(xué)描述。比方說，古希臘人對數(shù)學(xué)與自然世界都很感興趣。但他們對自然世界的研究主要致力于對一切事物作定性描述，而不是對特定事物作精確的數(shù)學(xué)描述。
我的同事史蒂夫·溫伯格最近寫了一本出色的科學(xué)史著作，他在那里描述了人類逐漸學(xué)會(huì)對簡單現(xiàn)象作精確的數(shù)學(xué)解釋、而不僅僅是對一切事物作定性描述的漫長過程。牛頓定律就是其中重要的里程碑。
不過，數(shù)學(xué)為什么對于理解物理世界如此有效，這一點(diǎn)仍然顯得有點(diǎn)神秘。我所能說的是，每當(dāng)我們更好地理解了物理定律，它們就顯得微妙而優(yōu)雅。數(shù)學(xué)是對事物的一種微妙而優(yōu)雅的研究，且不依仗任何特定的文化傳統(tǒng)。我們或許可以認(rèn)為，這能夠部分解釋數(shù)學(xué)的用處。作為另一種解釋，我順便提一下，或許宇宙是由數(shù)學(xué)家創(chuàng)造的— 或者至少是數(shù)學(xué)愛好者。
問：關(guān)于超導(dǎo)超級對撞機(jī)（SSC）的歷史教訓(xùn)，也許您讀過史蒂芬·溫伯格2012年發(fā)表在《紐約書評》的文章《大科學(xué)的危機(jī)》[1]？最近我們推薦中國媒體發(fā)表了它的中譯版。1993年美國國會(huì)決定取消SSC計(jì)劃是美國乃至國際高能物理學(xué)界的極大損失。它似乎對美國高能物理學(xué)界乃至整個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)研究造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響。另一方面， SSC的設(shè)計(jì)是將兩束質(zhì)子以高達(dá)40TeV質(zhì)心能量進(jìn)行對撞，幾乎是CERN（歐洲核子中心）在日內(nèi)瓦的大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）目前第二輪運(yùn)行能量（13TeV）的三倍。LHC的能量（13TeV，最終有望達(dá)到14TeV）僅僅是SSC的三分之一。在設(shè)計(jì)LHC時(shí)，歐洲人試圖設(shè)計(jì)一個(gè)高亮度的升級版以彌補(bǔ)其較低能量的不足，然而這是到目前為止唯一可以這樣運(yùn)行的機(jī)器。
由于您親身經(jīng)歷了SSC的終止以及此后LHC的發(fā)展，我們希望您能和中國公眾分享您如何看待SSC與LHC的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)。
答：我們沒能在美國完成SSC的建造是真正的恥辱。如果我們做成了，我們對基礎(chǔ)物理學(xué)的理解也許會(huì)比目前的水平深入得多。如果我們建造了SSC，美國當(dāng)然也會(huì)繼續(xù)保持其在高能物理的領(lǐng)導(dǎo)地位。
我認(rèn)為從SSC項(xiàng)目的失敗與LHC的成功當(dāng)中可以獲得的教訓(xùn)之一是，對于此類項(xiàng)目的成功開展，進(jìn)行長遠(yuǎn)規(guī)劃的能力非常寶貴。歐洲國家能夠?qū)ERN做多年度投資，在此基礎(chǔ)上才有實(shí)施LHC項(xiàng)目的可能。很不幸的是，美國國會(huì)每年都要重新考慮項(xiàng)目預(yù)算，當(dāng)一個(gè)項(xiàng)目在被批準(zhǔn)和資助一年甚至多年的情況下，最終還是有可能被取消。
我也能看出美國這種行事方式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在這個(gè)國家，大項(xiàng)目預(yù)算對于預(yù)期之外的花費(fèi)會(huì)提供某種酌情而增加補(bǔ)貼。在歐洲，對于修建LHC有多年度規(guī)劃，但是對很小的超預(yù)算花費(fèi)都沒有補(bǔ)救計(jì)劃。因此當(dāng)LHC真的超預(yù)算時(shí)，就造成了政治上的困難，并導(dǎo)致該項(xiàng)目推遲了數(shù)年之久，盡管超預(yù)算的部分對這種規(guī)模的項(xiàng)目來說其實(shí)相當(dāng)小（考慮到CERN投入到該項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)室資源后，超預(yù)算部分還不到項(xiàng)目費(fèi)用的10%）。
鑒于此，我對想成大事的國家的建議，重要的是制定多年度計(jì)劃，同時(shí)對合理的特殊情況提供切實(shí)可行的補(bǔ)貼。
問：您知道中國目前的“巨型對撞機(jī)”計(jì)劃，其第一步叫作CEPC，是一個(gè)周長大約100千米、能量為250GeV的環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)。它有可能在第二階段升級為能量高達(dá)100TeV的質(zhì)子對撞機(jī)。我們很高興地告訴您，在中國物理學(xué)會(huì)高能物理分會(huì)于8月20-21日在合肥舉行的“高能物理戰(zhàn)略研討會(huì)”上，這一提議已被正式列為“高能物理首選項(xiàng)目”。事實(shí)上，盡管CERN在今后15-20年內(nèi)主要忙于LHC的第二輪運(yùn)行以及接下來的升級，CERN也正在對一個(gè)類似的對撞機(jī)方案積極進(jìn)行預(yù)研，即FCC（未來環(huán)形對撞機(jī)）。許多國際同行認(rèn)為這是高能物理下一步發(fā)展很有希望的方向。我們還記得，為了支持這一計(jì)劃，您與戴維·格羅斯教授（2004年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主）在去年九月聯(lián)合發(fā)表了一篇文章《中國科學(xué)的巨大跨越》（發(fā)表在華爾街日報(bào)）[2]。您能否與中國公眾分享您目前對這一項(xiàng)目的看法嗎？此外，也請您談?wù)勚袊吣芪锢韺W(xué)界的狀況與成就，包括過去與當(dāng)前的主要實(shí)驗(yàn)，比如BEPC正負(fù)電子對撞機(jī)、大亞灣與江門中微子實(shí)驗(yàn)、以及錦屏地下實(shí)驗(yàn)室的PandaX暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)，等等。
答：首先，我想感謝中國對基礎(chǔ)物理學(xué)發(fā)展做出的貢獻(xiàn)。特別是在大亞灣做出的開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)給我們關(guān)于中微子的理解提供了關(guān)鍵要素。中微子是一種神秘的基本粒子，對它的研究導(dǎo)致了許多驚奇發(fā)現(xiàn)。BEPC的工作也非常值得欣賞，我們很期待正在進(jìn)行和即將進(jìn)行的其他實(shí)驗(yàn)取得新成果。
在我訪華期間（我曾五次訪問這個(gè)國家，包括過去幾年的三次訪問），我發(fā)現(xiàn)這個(gè)國家在許多領(lǐng)域都在迅猛發(fā)展。基于我看到的變化，不難相信，中國用不了太久就有可能在許多理論和實(shí)驗(yàn)科學(xué)領(lǐng)域成為引領(lǐng)國家。
CEPC與100TeV對撞機(jī)是非常激動(dòng)人心項(xiàng)目，這對于一個(gè)渴望成為領(lǐng)導(dǎo)者的國家確實(shí)值得。就物理學(xué)未來的發(fā)展來說，對希格斯粒子作深入研究、探索電弱尺度以上的能量區(qū)域都至關(guān)重要，而這兩者正是CEPC和100TeV對撞機(jī)可以分別做到的。
問：您很可能已經(jīng)知道中國就是否應(yīng)當(dāng)建造巨型對撞機(jī)進(jìn)行進(jìn)行了公開辯論。這場爭論是94歲的美籍華裔理論物理學(xué)家楊振寧（1957年諾貝爾獎(jiǎng)得主之一，1997年退休）于9月初挑起的。他歷來反對中國的任何對撞機(jī)項(xiàng)目，包括目前由高能所所長王貽芳領(lǐng)導(dǎo)的CEPC-SPPC項(xiàng)目。下面附上了楊的公開文章的英譯版，以及王貽芳的答復(fù)，您也許已經(jīng)聽說了。很顯然，楊的反對主要是說這個(gè)項(xiàng)目對中國來說花費(fèi)太高，而且他強(qiáng)調(diào)的是第二階段質(zhì)子對撞的花費(fèi)，預(yù)計(jì)在2040年代建造。（人們大概還記得，位于CERN的同一隧道的LEP和LHC是先后分別獲得審核與批準(zhǔn)的。）對于中國來講，您的獨(dú)立觀點(diǎn)和來自國際上的建議將非常有幫助。我們記得，您在與戴維·格羅斯于去年秋天寫的文章[2]中論述過這個(gè)問題，在最近清華主辦的2016弦論國際會(huì)議的新聞采訪中也談過這個(gè)問題。遺憾的是，這些觀點(diǎn)很少為中國公眾所知道，現(xiàn)在幾乎快被忘記了。您和您的同事認(rèn)為對CEPC投資值得嗎？這對全世界和對中國社會(huì)將作出貢獻(xiàn)什么呢？
答：最終，中國須得決定你們想在世界上和在國際科學(xué)界達(dá)到什么樣的地位。
是的，中國必須繼續(xù)發(fā)展經(jīng)濟(jì)。中國將億萬人口成功脫貧，這在世界范圍內(nèi)是我有生之年目睹的鼓舞人心的巨大成就。這一進(jìn)程還有很長的路要走。
此外，中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長的確是在21世紀(jì)20年代建造CEPC、從40年代開始建造100TeV對撞機(jī)的先決條件。
在發(fā)展的過程中，中國必須決定其優(yōu)先目標(biāo)與追求。說到該項(xiàng)目的價(jià)值，我個(gè)人認(rèn)為中國完全有能力在許多科學(xué)領(lǐng)域取得領(lǐng)導(dǎo)地位，而且這個(gè)目標(biāo)也符合你們的文化傳統(tǒng)，同時(shí)也有益于你們的社會(huì)發(fā)展。我也相信，經(jīng)過持續(xù)發(fā)展，中國在高能物理與其它領(lǐng)域都能夠擔(dān)負(fù)起領(lǐng)導(dǎo)地位。
話雖如此，你們的追求有多遠(yuǎn)大最終必須由中國人自己來決定。
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