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总有人问王贻芳,你们做中微子研究和粒子物理研究,有什么用?有时,他会笑着回答,“没什么用。”

看似“无用”的基础科学,需要花那么多时间、精力和金钱,值得吗?要向公众解释这些问题,对他来说,是从事科研之外必须去做的普及。

“只有基础科学领先国际,才有科学和技术的真正领先和国家的富强。”9月23日,在2021未来青年论坛上,王贻芳登上讲台,解释基础科学研究如何推动企业以及一个国家的技术发展。

他举了一个例子,高能物理研究所在做江门中微子研究时,需要能满足世界最高探测效率要求的20吋光电倍增管。虽然中国过去曾生产过小光电倍增管,但技术后来被日本滨松垄断。在他们的推动下,与中国兵器北方夜视公司合作,经过六年研制,国产光电倍增管的技术终于达到要求并实现量产。这一类的高速光电器件在国防、工业、医疗、科研方面有广泛的应用,通过这个过程,我国的光电器件技术一下子走到了国际的前列。

2012年,震动全球物理学界的消息——在大亚湾反应堆中微子实验中,王贻芳领导的团队发现了新的中微子振荡模式。

《科学》杂志将这一发现列为当年全球十大科学突破,并称“中国粒子物理的时代业已到来”,王贻芳也一战成名,成为首位获得“基础物理学突破奖”的中国科学家。

但真正把王贻芳拉到公众面前的,是2016年他与杨振宁教授之间关于“中国是否适宜建造超大对撞机”之争。那之后,CEPC(环形正负电子对撞机)走进大众视野,成为公众话题。

争议和反对,从来都是科学家们要面对的现实。王贻芳的导师、诺贝尔物理学奖获得者丁肇中曾说,他这一生遭遇过的反对太多,“但我从来没有失去信心,仍然做自己该做的事,不能因为考虑到有这个人反对、那个人反对,就顾虑重重,无所适从。”

王贻芳也没有因为质疑而彷徨。他没有停留在辩论上,而是竞赛一般抓紧时间,一边带团队做科学研究,一边四处为项目的推进而奔走。2019年,他获得“未来科学大奖”物质科学奖,当即把50万美元奖金全部捐出,建立“CEPC促进基金”。

“对我来说,最核心的问题就是,你是不是做了一件你认为正确的事情,如果是,你就应该坚持下去。”王贻芳说,他看到的是在一个极其重要的科学领域,中国领先于世界的可能性。认清方向,极力推动,是他身为科学家的责任。

科学狂人

在同事眼中,王贻芳是个极度追求完美的“科学狂人”。

1963年生于江苏南京的王贻芳,生长在“文革”时期。在那个学工、学农的时代,他回忆起年少时跟同学一起去工厂实习、到农村住到农民家干农活,“确实是增加了很多了解社会的体验。”

学习对王贻芳来说,从来不是困难的事情。刚恢复高考,他就选了南京大学物理系,理由也很单纯——数理化的学科中,他不喜欢背生物化学,数学又太抽象,“物理相对轻松一点,原理讲清楚了,就可以推导,不用背。”

多年以后回想当时的选择,他认为自己并没有太多前瞻性,“第一步没有选错,就沿着这条路走了下来。”大学期间,除了上课,他就泡在图书馆,大量阅读历史、艺术、小说和哲学、社会学书籍。

很多接触王贻芳的人,都会对他知识面的广博印象深刻。直到现在,他依然保持着广而杂的阅读习惯,“阅读历史和人文非常重要,你对很多事情的认识会更加理性。从历史的眼光去看,能看到整个物理学的发展过程,很有意思。人文的积淀,对你理解和预估未来的变化,对你怎么选择项目、选择合作者,或是跟合作者沟通,都很有帮助。”

他人生轨迹的改变,是从考上丁肇中先生的研究生开始的。

上世纪80年代,丁肇中向教育部建议,在中国选拔年轻人才加入他领导的位于瑞士日内瓦的L3实验室。对王贻芳这一代中国学生来说,丁肇中是神一样的人物,系里推荐他去考试时,匆忙得连准备时间都没有。他还记得,丁肇中的考题都是书上不会讲的内容,需要靠物理原理去推导。当时并没有觉得太难,最终能考上,成了意外之喜。

来到世界物理学家的“圣地”欧洲核子研究中心,王贻芳迅速显示出天分。

合作组有400多名科研人员,大家抢题目,写文章,第一年一共发表了21篇论文。而王贻芳一个人,就占了3篇。善于培养中国年轻人的丁肇中迅速看上这个年轻人,提拔他为唯一的学生组长。

去佛罗伦萨大学攻读博士期间,他不懂意大利语,很难参与小组讨论。两三年后,他已经能用意大利语讨论艰深的专业问题,并用意大利语完成博士论文。

“我大概比别人更努力一点”,说起国外的学习生活,王贻芳轻描淡写。但事实上,天才背后是难以想象的努力。他每天要工作12个小时,甚至更长,偶尔到了周末能休息半天,就去逛逛博物馆,了解这个国家的文化和历史。

从1985年至1995年的十年间,他跟随丁肇中从研究生读到博士后。在实验室后期,丁肇中最受争议的AMS实验中,他成为了主要的设计人员。那些年,欧洲静谧的田园风光,他无暇顾及,而是与来自世界各地的顶尖科研人员埋首在实验室,进行人类与宇宙太空的对话。

决定离开丁肇中实验室时,王贻芳是想寻找自己更多的可能性。1996年,他进入美国斯坦福大学物理系任助理研究员,2001年,他选择归国。在中国做中微子振荡实验,成为他当时最大的心愿。

基础科学,现代社会发展的动力

缺钱、压力、风险、争议,是王贻芳作为项目领导者经常面临的难题,但他总是坚持而不妥协地度过一个个难关。

大亚湾反应堆中微子实验,就曾冒着做不成的风险。在这个中美合作的项目上,他拒绝采用美方提供的方案,因为“灵敏度比中方方案差20%”。很多人当时劝他,就用美国人的吧。他反驳,如果采用美方方案,国家的投入得不到足够回报,就算做不成,也不能妥协放弃。

扛着巨大压力前行,他最终以实验的成功证明,中国中微子研究是位于世界前列的。

王贻芳身上,综合着坚毅果断与严谨理性,“我们一直说,基础科学研究一定要有一个高的目标,才会有好的设计,才有高的指标。”

很多时候,他无法向公众说出某个方程式有什么用,但会用一些例子普及基础科学的现实意义——没有热力学、牛顿力学等科学作为基础,两次工业革命无从谈起;现代医院临床上的核磁共振设备采用的超导磁铁,就是因为上一代美国最大的加速器Tevatron带来的超导磁铁技术突破与普及;万维网也是在高能物理研究过程中产生的。

“如果对基础科学不关心,不知其所以然,一定会落后。基础科学研究才是现代社会发展的动力。”他坦言,因为基础科学研究拥有“世界第一”的追求,相应也会提升中国工业界的创新研发能力,“科学家和工程师的合作,是提高我们创新能力的绝佳途径。”

谈到科学史时,王贻芳说,早在古希腊时期,西方就通过逻辑推理发展出一整套科学体系。但中国哲学讲究“天人合一”,使得中国人自古以来都更关注自身,而不是外部自然世界。

他认为,从历史来看,因为不重视基础科学,中国吃过太多亏,“从2000年前直到现在,中国的基础科学从来没有领先过。中国有四大发明,知道怎么制作火药,但根本不知道背后的化学规律,没有发展出相应的科学体系。”

鸦片战争失败后,中国开始向西方学习,但只是购买枪炮,没有引进西方的科学体系,最终甲午战争失败。而日本在明治维新时期引进了西方科学,比中国早几十年建立起科学体系。

到今天,他依然需要不断普及基础科学的重要性,呼吁社会更多关注基础科学建设。

“在过去的20年,我们国家对基础科学研究经费的投入,始终没有变化。”他拿出一个数据,中国的研发经费是GDP的2.4%,基本达到中等发达国家的水平,但基础研究经费只占研发经费的6%,跟发达国家15%-20%的数据相比,有很大差距,“我们的基础研究经费总量只有美国的1/5。国家应该有一个计划,把我们对基础科学研究的投入提高到15%。”

“上海天文馆的建设花费3亿,但中国连一台3米以上的天文望远镜都没有。”他横向对比各个国家的基础研究经费发现,在发达国家,很多企业都在资助基础研究。韩国企业在基础研究的投入中处于主导地位,使得韩国很多产业领先于世界。在日本,企业对基础科学的投入,也使日本拥有众多世界顶尖技术,“日本从2000年起,基本每年一个诺贝尔奖,原因之一是离不开高端仪器的制造和使用。”

他呼吁中国企业支持基础研究,弥补政府支持的不足,甚至可以像美国那样,设立专注于基础科学研究的私人基金会,“美国企业的超强竞争力,与他们一贯重视基础研究,特别是领域内前沿性的基础研究密不可分。”

2019年,王贻芳荣获“未来科学大奖”物质科学奖时说,“我从事的中微子研究和粒子物理研究是‘无用’的科学,我们需要纯粹的好奇心,在纯粹的科学方面做出更大的贡献,中微子研究、大型环形对撞机都是出于这种目的,我们需要有这种重大科学意义的大科学装置。”

直到现在,他依然在这条他认为确定无疑的路上前行。

【专访王贻芳】我们这一代没有拿诺贝尔奖,下一代一定会有

第一财经:你说过,你走上物理学研究的路,是一种惯性使然,也有偶然性和机会。在成长为一名科学家的过程中,你怎么确立目标的,有没有过动摇?

王贻芳:一开始学物理我就是喜欢的,第一步就没有选错。如果我选一个自己不喜欢的专业,再想尽一切办法去改,那就会很痛苦。

在我们上研究生的时候,也有人讨论,要不要去学计算机,IT公司的工资会比我们高10倍,或者要不要去做金融,工资更高。各种诱惑也不是没有听过,但我没有太大兴趣,总体来说,是相对顺利地沿着这条路走了下来。

第一财经:你跟随丁肇中先生学习了十年,参与过他的AMS实验,当时这个实验遭到强烈反对,但丁先生认为物理学的进步,就是推翻前人已知的东西而发展的。他曾说,做实验物理,就不能考虑别人的看法,不能因为绝大多数人反对就不做。他给了你怎样的影响?

王贻芳:我想,无论是在研究题目的选择上、项目的最终推动和落实,以及如何组织一个研究团队等等,应该说各方面都受到他很大的影响。

他一直强调,要选择好的、有意义的题目,能在历史上留得下来。这对我们提高自己的站位,提高品位和眼光非常重要。

说得通俗一点,如果你选择做一个艰难的、创新性比较大的项目,有可能得不到大家支持,没有钱。那你是跟着钱走,去做一个相对平庸、不那么重要的项目,还是让钱跟着你走?我们一直说,要想尽一切办法让钱跟着你走。

第一财经:怎么跟公众解释,你们目前正在做的研究?

王贻芳:第一,我们一直在做加速器和探测器,关键点在于我们到底要建什么样的一个机器,性能是什么,如何优化它各方面的指标,需要落实到每一个具体设备的设计。这件事大概还需要三、四年,规模很大。

第二,我们已经开始了一些核心关键部件的技术预研。设计是落在纸面上的,并不知道能不能做出来,只有做了才知道困难在哪里,指标的极限在哪里,才能优化设计,调整指标,改进工艺和技术。这个工作也有七、八年的时间。

任何一个新的大型装置,都需要有理论和技术的创新,要摸索到创新的边界,这个过程很长。估计还需要5年以上,才能把所有技术做好。

在这个过程中,我们已经有很多非常重要的收获,一些重要的技术研发成果可以直接用在国内一些大装置上。

我们研发的技术是不会被浪费的,因为我们瞄准的是世界最先进的技术,相关的设备指标都是世界上最先进的。所以我一直说,基础科学研究一定要有一个高的目标,你的研究才会领先。如果你的科学的目标低了,技术目标和创新自然就不会那么高。如果科学不领先,技术永远不会领先。

第一财经:去年,CERN通过欧洲粒子物理2020战略,跟中国高能物理学界倡议的环形正负电子对撞机设想高度一致的。得知这个消息,你是否会欣慰,也会觉得紧迫?

王贻芳:我们非常欣慰。我们做了一个正确的选择,而且几乎是唯一的选择,如果欧洲有别的办法,一定不会跟着我们走。这个我们先提出的立足于未来的发展方向,被欧洲学界经过5年的讨论认可了。

欧洲的计划是2028年开工建设,对我们来说当然有压力。如果我们不能赶在那之前,最后就只能去参加欧洲的项目了,世界上不可能做两个同样的对撞机。

我们现在的目标是自己做,还有8年时间。压力更多是如何执行我们自己的计划,如何在具体的工作、设计中解决关键的技术问题。这些问题一旦能解决,我们也没有特别大的担心,如果技术领先了,我们去参加欧洲的项目也有一定的位置。

第一财经:如果一个年轻人有志于成为科学家,你认为他需要有什么特质?

王贻芳:一个年轻人能否做出巨大的贡献,从具体的人你无法判断,这里面有机遇、环境和自身条件等很多因素。

能否成为科学家,是需要一定的天分的。从早期来看,他应该有主动性,眼里有活儿,知道该干什么,而不是导师要求他做什么就做什么。他有主动寻找问题、解决问题、克服困难的能力。他对自我的每个阶段的能力和未来都要有判断力,最核心的是,他必须热爱科学,喜欢这件事。就算资质略微差一些,能够不受外界诱惑,坚持下去,也会有很好的成就。

第一财经:你一直说,中国高能物理人才储备还远远不够,希望多培养些人才。你怎么看下一代的机遇?是否他们要抵御诱惑才能安心做科研?

王贻芳:人才就跟资金一样,永远不够。就像航天事业一样,我们也是先有了项目,才能吸引和培养人才。如果一个项目准备十年,一代人就可以培养起来了。

下面这一代人无论从资质、能力、学识基础和未来的发展前途,肯定是远超我们。

其实我们年轻时也有很多诱惑,那些诱惑可能还超过现在。我相信一代比一代强,我们这一代没有人拿诺贝尔奖,下一代一定会有。现在这批年轻人的能力还没有被看到,等他们到了我这个年纪,就会有成就,就一定会冒出来。

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