温伯格,1979年诺贝尔奖得主,理论物理学家,曾在2016年发表文章,探讨大科学的危机。物理学家们去年纪念了原子核物理学的百年诞辰。1911年,在曼彻斯特的实验室中,欧内斯特•卢瑟福将放射性衰变产生的带电粒子束引向金箔,意外发现了一些粒子被径直反弹回来,这意味着它们被金原子中某种很小、但很重的东西所排斥。卢瑟福认为这就是原子的核,电子绕着它旋转,就像行星绕着太阳一般。
这是伟大的科学发现,但我们并不称其为“大科学”。卢瑟福的实验团队包括一名博士后与一名本科生,实验中最昂贵的东西是镭样品,但卢瑟福不必为此买单,因为它是从奥地利科学院借来的。
从那以后,核物理迅速变“大”了。为了敲开原子核以搞清楚它们究竟是什么,物理学家在二十世纪三十年代发明了回旋加速器,以及能够将带电粒子加速到更高能量的其它机器。二战后,新的加速器建成了,物理学家的目标已然改变。为了研究新物质,物理学家必须将普通粒子加速到更高能量,以便创造新的粒子。
我于1959年来到伯克利辐射实验室做博士后,伯克利有全世界最强大的加速器“Bevatron”。在校园的山坡上,它占据了一整套建筑。人们利用Bevatron将质子加速到足够高的能量,创造反质子和许多新的不稳定粒子。随着新加速器的建设,物理学家们开始怀疑自己是否清楚“基本粒子”是什么意思。
到七十年代中期,这些实验室产生的数据与理论家的工作一道,创造了一个关于粒子与力的全面理论,称之为“标准模型”。在这理论中,有若干种基本粒子,包括参与强相互作用的夸克和轻子,以及传播相互作用的“荷力粒子”。尽管标准模型很成功,但它显然还不是大结局,许多重要的东西未被包含进标准模型,比如引力和暗物质。
我们正在等待CERN的新加速器的结果,希望借它之力迈出超越标准模型的下一步。这就是大型强子对撞机LHC。LHC的目标是寻找希格斯玻色子,验证电弱理论的最简版本。2012年,CERN宣布探测到新玻色子,证实了希格斯玻色子的存在。
然而,发现希格斯玻色子并不会指出通向未来更全面理论的道路。物理学家们可能会去寻求支持,以建造更强大的新加速器,但这将会困难重重。1980年代,美国计划建造超导超级加速器SSC,但因预算问题和政治因素,最终夭折。
大科学要寻求政府资助,其竞争对象不仅包括载人航天器,还包括许多其他公共需求。科学家们面临的挑战是,如何在有限的资源中争取更多的支持。天文学也面临类似的困境,许多项目的资助被削减,未来的科学探索可能会受到影响。
在科学危机的背景下,温伯格呼吁更高的税率,以支持科学研究和基础设施建设,而不是削减其他领域的开支。科学的未来需要更广泛的支持和理解,才能继续推动人类对自然规律的探索。