缅怀标准模型创始人史蒂芬·温伯格教授
编者按：2021 年 7 月 24 日（北京时间），当代最伟大的物理学家之一史蒂芬·温伯格（Steven Weinberg）教授在美国逝世，享年 88 岁。为表达对温伯格的哀悼，以及纪念他对创立粒子物理标准模型的巨大贡献，我们特别邀请了本刊主编丘成桐先生和中科院高能物理所王贻芳所长撰写了缅怀温伯格教授的文字，并附上 2016 年清华大学何红建教授关于对撞机问题对温伯格的专访。以下内容刊登于《数理人文》（订阅号：math_hmat），未经许可，不得转载。
Steven Weinberg (1933--2021)
照片来源：Larry D. Moore
丘成桐院士缅怀温伯格教授
今天早上，收到何红建教授寄给我的一封信。很惊讶的看到当代最伟大的粒子物理学家温伯格（Steven Weinberg）去世的消息。两个多月前，他接受我的邀请，在网上作了一个高能物理学的专题演讲，他年纪虽然老迈，但是他的讲话仍然展现出一代大师的风范，使人景仰！
我在很多年前已经认识温伯格教授，约在 1979 年秋天时，哈佛大学数学系邀请我去哈佛大学访问，主要是聘请我做教授的事情，因此我和当时哈佛大学文理学院的院长，有不少交流。刚巧瑞典皇家科学院宣布诺贝尔物理奖得主，颁发给三位物理学家，其中两位是哈佛大学物理系的教授温伯格和格拉肖（Sheldon Lee Glashow）。哈佛大学的院长说他早上在剃胡子时听收音机，听到得奖名单时，以为只有其中两人的名字，欠了温伯格，他一急之下，胡子刀割破了他的脸。可见哈佛大学多重视温伯格教授。
我那次没有接受哈佛大学的聘书，过了三年，院长亲自飞往我家重新谈聘请的事情。当时德州大学（UT Austin）正在极力争取温伯格教授去德州。院长告诉我，报纸都说德州人以足球队教练的薪水聘请温伯格，他们不知道，我们哈佛大学聘请温教授的薪水高过我们球队教练的薪水。但是温教授在 1982 年还是去了德州；我本人则留在普林斯敦高等研究院，直至 1987 年到哈佛大学任教。
在 1986 年秋天，德州大学也以重金要礼聘我做讲座教授。我带了十五个学生访问德州半年，这时我和温伯格教授比较多接触。他常常带了一群物理学专家吃午餐，也邀请我参加。当时弦理论刚开始，他的手下能员众多，我和我的学生们都受益良多。他对于我做的广义相对论的工作也有着浓厚的兴趣，尤其是我和孙理察（Richard Schoen）提出的关于黑洞形成的机制。他本人也是广义相对论的专家，他写了两本和广义相对论有关的好书。其中一本（The First Three Minutes，中译本《最初三分钟》）讨论宇宙形成时头三分钟的状况，真知灼见，使人叹为观止。
前尘往事，犹历历在目，如今哲人已逝，怅何如之！
—— 丘成桐 2021 年 7 月 24 日
2021 年 5 月20 日，温伯格应邀作线上学术报告 Massless Particles（照片来源：Harvard CMSA)
王贻芳院士缅怀温伯格教授
惊悉著名物理学家温伯格今日去世，深感惋惜。大师仙逝，科学界失去了一位伟人，高能物理学界失去了一位领袖，中国高能物理学界失去了一位朋友。
第一次听到温伯格这个名字还是大学一年级读到他的科普著作《最初三分钟》。这本书买来以后读了好几遍，从最初的不知所云，到似懂非懂，再到后来似乎茅塞顿开，学到了很多东西。从研究生开始我知道了弱电统一理论，知道他是粒子物理标准模型的奠基人。
2014 年 12 月，我访问波士顿时有机会第一次跟他见面。那天晚上他在哈佛大学做了一个粒子物理学发展历史的演讲，高屋建瓴，对我们理解过去、策划未来极有借鉴意义。讲演后，主办方安排我跟他有一个简短的交谈。他对我们推动环形对撞机的努力大为赞赏并表示积极支持。他还邀请我去德克萨斯访问，因各种原因未能成行，非常可惜。如今天人永隔，再也无法聆听教诲了。其实那天晚上主办方曾邀请我参加跟他的晚宴，可惜我另有安排不能参加，如今回想起来十分后悔。
去年，温伯格教授获得了基础物理学突破奖的特别奖，十分及时，得到评奖委员会的一致支持，我作为评奖委员会成员，也感到十分荣耀。
何红建教授对他的专访，充分展示了他对中国高能物理学家的善意和支持，这是我们应该永远铭记的。
—— 王贻芳 2021 年 7 月24 日
温伯格、丘成桐、王贻芳
（摄于 2014 年 12 月 1 日，哈佛大学）
史蒂芬·温伯格（Steven Weinberg）是一位杰出的理论物理学家，一位卓越的当代物理学大师。他目前担任美国德克萨斯大学奥斯汀分校物理与天文系的乔西讲席科学教授。他是粒子物理学标准模型的一位主要创建者，他因为“对统一基本粒子弱相互作用与电磁相互作用理论的贡献，以及对弱中性流的预言”与谢尔顿·格拉肖和阿卜杜·萨拉姆分享了 1979 年诺贝尔物理学奖。他在基本粒子物理与宇宙学领域的杰出贡献还荣获了很多其他奖项，包括奥本海默奖（1973）、美国物理学会海涅曼数学物理奖（1977）、富兰克林研究所埃利奥特·克雷森奖章（1979）、普林斯顿大学詹姆斯·麦迪逊奖章（1991）、美国国家科学奖章（1991）、和本杰明·富兰克林奖章（2004），基础物理学突破奖--特别奖（2020）、马塞尔·格罗斯曼奖（2021，该奖项每 3 年颁发一次，获奖者有霍金（1991）、彭罗斯（2000）、丘成桐（2018）等物理学家和数学家），等等。他当选为美国国家科学院院士，英国皇家学会院士，和美国艺术与科学院院士。他还担任美国军备控制与裁军署的顾问和杰森集团的国防顾问。他在 1982 年入职得克萨斯大学之前，曾先后在哥伦比亚大学、加州大学伯克利分校、麻省理工学院、和哈佛大学任教，他是哈佛大学希金斯物理学讲席教授。
他发表了超过 300 篇研究论文。他的著作包括《引力与宇宙论》（1972）、《最初三分钟》（1977）、《亚原子粒子的发现》（1983，2003）、《基本粒子和物理定律》（与理查德·费曼合著，1987）、《终极理论之梦：探寻自然界基本定律》（1993）、三卷本《量子场论》（1995，1996，2000）、《仰望苍穹：科学与文化对手》（2002）、《光荣与恐怖：渐增的核危情》（2004）、《宇宙学》（2008），以及《湖畔静思：宇宙和现实世界》（2010）等等。其中，《终极理论之梦》一书是为了支持美国建造超导超级对撞机（Superconducting Super Collier，SSC），而他在 2012 年撰写的文章《大科学的危机》则讨论了大科学项目对科学与高能物理的重要性，以及 SSC 的历史教训 。■
（照片来自网络）
清华大学何红建教授 2016 年对温伯格教授的专访
（刊登于《数理人文》第 11 期（2017 年 1 月））
问1：温伯格教授，非常高兴采访您。最近我重新读了您在《今日物理》（Physics Today）发表的文章《粒子物理：从卢瑟福到 LHC》[1]，您作为基本粒子标准模型的主要奠基人，在其中解释了为什么需要新物理来超越标准模型：“超越标准模型显然是必需的。夸克和轻子的质量谱与混合角神秘莫测，就仿佛记录某种未知语言的符号。我们盯着它们看了几十年，但就是无法解释它们。此外，我们还需要某种超越标准模型的要素解释暗物质。”这些的确是过去三十年来粒子物理学界通过美国的 Tevatron 与欧洲的 LEP 和 LHC 等高能对撞机实验所一直努力探索的目标。大型强子对撞机 LHC 的第二轮运行以 13TeV 的能量进行质子-质子对撞，目前进展非常顺利。它的探测器迄今已经收集到第二轮运行所预期的全部数据的 10%. 虽然八月份的国际高能物理会议(ICHEP)尚未公布新物理发现，您愿意和我们分享您如何看待正在运行的 LHC 上可能出现（或不出现）的新发现吗？
答1：LHC 在其能力范围之内是否还会作出新的重大发现，谁都无法预知。从一开始，我们就有足够的理由预测 LHC 能够发现电弱对称性破缺的机制——不论是原始电弱理论所预言的基本标量场、还是人工色理论所预言的新强作用力。无论是哪种情形，根据当时已观测到的弱相互作用强度，一切都强烈地暗示着这个新的标量粒子或新的强作用力会在 LHC 上出现；而事实也的确如此【译注：这是指 2012 年 LHC 发现了质量为 125GeV 的希格斯玻色子】。这无疑为 LHC 的规划指明了方向。
不过，虽然在 LHC 上还有可能发现另一些极为重要的现象，比如暗物质粒子和超对称粒子，但即使这些粒子真的存在，我们也没有强烈的理由确保它们位于被 LHC 发现的潜力范围之内。我们只能等待 LHC 运行，看看其结果如何。
1988 年 3 月 30 日，美国能源部长 John Herrington（在讲台上）和里根总统（在 Herrington 旁边）在白宫玫瑰园向一群优秀的高中生、诺贝尔奖得主等人强调了建造超导超级对撞机（SSC）的重要性。从左到右依次为：丁肇中、温伯格、Burton Richter（时任斯坦福直线加速器中心主任）| 照片来源：里根总统图书馆
问2：我们知道您是 SSC 项目的主要支持者 [2]。上个月初，我们推荐中国媒体发表了您的评述文章《大科学的危机》中译版 [3]。美国国会于 1993 年取消 SSC 项目，对于美国以及国际高能物理学界都是巨大的损失，而且对美国乃至全球高能物理界都造成了严重的负面影响。一方面，SSC 设计在 40TeV 的质心系能量进行质子对撞，是位于日内瓦欧洲核子中心 CERN 的 LHC 目前第二轮运行能量（13TeV）的三倍。所以，LHC 第二轮运行尚未发现任何超出标准模型的新物理，也并不意外，因为我们都知道，具有 40TeV 对撞能量的 SSC 正是被设计成一台更可靠地确保在 TeV 能区发现新物理的机器。许多物理学家认为，如果 SSC 没有在 1993 年终止，它很可能已经做出了革命性的新发现，从而指明了 21 世纪基础物理学发展的新方向。由于您亲眼目睹了 SSC 以及后来 LHC 发展的历程，您愿意与中国学界和公众分享关于 SSC 与 LHC 的历史经验与教训吗？
答2：即使在美国政府批准通过了 SSC 项目之后，来自各方面的反对意见仍然持续不断。一部分反对意见来自那些小政府与低税收的鼓吹者，他们倾向于反对任何政府主导的大型项目，尤其是那些没有立刻使很多人受益的大项目。SSC 项目显然能为周边地区带来经济利益，但受益人数是有限的。当时有一位参议员告诉我说，在 SSC 的选址决定下来之前，参议院的全部 100 名成员都对其青睐有加；可是一旦选址确定，赞成的人数便锐减至两人——即选址所在州的那两位参议员。甚至在最终选址尚未确定之时，就有一位支持 SSC 的众议院成员因为自己所在州已被排除在外而立刻反转了立场。所有这些都是赤裸裸的政治行为，大概也不是美国独有的。
来自科学界内部的反对声音则更令人不安。没有人声称 SSC 的科学探索不够重要，但有些人极力主张 SSC 的经费更应该投向其他领域，比如他们自己的研究方向。（可是取消 SSC 项目并没有给这些人带来多少安慰，因为那些省下来的经费也没有投入其他科学领域。）
LHC 的拥护者对 SSC 也造成了无形的负面影响，他们指出 LHC 可以利用现成的环形隧道节省开支。然而该环形隧道的周长较小，因此限制了 LHC 的对撞能量，只能达到 SSC 的1/3。但 LHC 的支持者们认为可以利用提高亮度的方法来弥补其能量上的不足，尽管提高亮度显然也有其自身的困难，因为质子束在每次交叉时会发生多次碰撞。
对于 SSC 项目的中止，一个常见的解释是其持续增长的开销。反对者当然会拿此事大做文章，但我认为这个批评是不公正的。这个项目真正超出预算的比例大约为 10%，通过对 SSC 粒子束孔径的计算，这部分超出是必须的。除此之外其他任何超预算的部分都是因为国会推迟投资，导致工期拖延，从而产生了额外的人工费用。
扼杀 SSC 项目的主要原因是乔装打扮成科学项目的国际空间站的竞争。这个项目计划由得克萨斯州休斯敦的约翰逊航天中心主持。在德克萨斯州同时开展两个大型科技项目从政治角度来看是不可能的，而空间站项目最终被选中。结果，空间站花费了 SSC 预算经费的十倍，但并没有做出任何重要的科学研究。（一个可能的例外是阿尔法磁谱仪，但它也可以通过无人卫星的方式运行，甚至更佳，而且便宜很多。）
LHC 发现希格斯玻色子取得了巨大成功。但很清楚，无论 LHC 将来有多少机会做出进一步重要发现，具有更高对撞能量的 SSC 本来应该对未来提供更好的机会。
在德州大学奥斯汀分校讲课时的温伯格（照片来自网络）
问3：也许您已听说中国目前的“大型对撞机”方案 [4]，其第一阶段 CEPC 是一台电子-正电子对撞机，在周长 100 公里的环形隧道中运行，其对撞能量可达 250GeV。该项目还允许未来潜在的第二阶段计划，即对撞能量可达 100TeV 的质子-质子对撞机。今年 8 月 20-21 日，在中国高能物理学会主办的“高能物理战略研讨会”上，这个项目被正式列为“高能物理第一优先项目”。这一计划提出以来得到了国际高能界的普遍支持 [5]。您可能已经听说中国就是否应该建造这个对撞机正在进行公开辩论 [6,7,8]。这场争论是美籍华裔理论物理学者杨振宁于 9 月初挑起的 [6,7]。他历来强烈反对中国的任何对撞机项目，包括目前由高能物理研究所所长王贻芳领导的 CEPC-SPPC 项目。很显然，杨的反对主要是说这个项目对中国来说花费太高，他的误解在于强调潜在的第二阶段质子对撞机的造价。（据高能所团队估计 [8]，CEPC 的总造价约为 60 亿美元，分 10 年完成，其中 25% 来自国际合作。在技术条件成熟后，SPPC 预计在 2040 年代建造。）人们应该还记得，位于 CERN 的同一隧道的 LEP 和 LHC 是先后分别获得审核与批准的。您的独立观点和来自国际上的建议对于中国将非常有帮助。您认为对 CEPC 投资值得吗？这种国际合作项目对于全世界和中国社会将做出什么贡献呢？
答3：我对杨振宁的研究工作很尊重，但是我不同意他反对 CEPC 计划的论点。其中一些论点非常眼熟，它们被一再用来反对各种大科学项目。
是的，我们有许多其他社会需求，包括环境、健康、教育等等方面。这些需求一直都有。但是，我们也需要艺术和科学，这些使我们的文明值得尊重。
是的，粒子加速器上的发现不像会带来直接的实际应用。但是这些科学项目本身会以技术副产品的形式带来重要的实用性后果。经常提到的例子有同步辐射，用于研究材料性质，以及万维网。
但是一个较少被提到的副产品是人才培养。基本粒子物理学因其独特的基础性而吸引了许多聪明的年轻人，他们将形成一股拥有丰富技术经验的骨干力量，能够解决很多社会问题。在二战期间发展微波雷达、密码破译计算机、核武器等技术的科学家，在战前从事的研究都是因为其基础科学的重要性而非军用价值。我曾有一名优秀的研究生，最初跟我学习基本粒子理论，后来转而研究更实际的问题，并发展了一套世界领先的同位素分离方法。如果一个国家只追求有直接应用价值的研究，最终很可能既无法做出基础性的重要发现，也无法做出有应用价值的研究。
杨教授的一个论点是，物理学可以通过寻找漂亮的几何结构来取得进展，而不用建造加速器。这让我想起另一位理论物理学家维尔纳·海森堡在二战后的立场：他反对德国在粒子加速器上投资，理由是物理学可以只通过对某些场论的理论研究而取得进步。【译注：这是指在德国二战完败之后，海森堡自 1953 年后的 20 年中致力于某种基本粒子统一场论的研究，众所周知，他试图推导的“世界方程式”以失败而告终，随后被物理学界所遗忘 [9]】 为了尝试理解强作用力，杨和米尔斯在没有新实验结果指导的情况下发展了一类场论，后来得到了实现。但只有在加速器实验揭示了强作用力在高能量尺度下减弱的事实之后，人们才有可能猜测到能够正确描述强作用力的杨－米尔斯场论的形式。而且，杨－米尔斯场论与电弱相互作用的相关也只有在加速器实验发现弱中性流之后才能被确认。离开了实验，理论走不了多远。■
【英文原文刊登于 Notices of the ICCM 4 (2016), no. 2, 69--72. DOI: 10.4310/ICCM.2016.v4.n2.a6 中文版由王雨晨和鲜于中之翻译。】
参考文献
[1] Steven Weinberg, “Particle Physics, from Rutherford to the LHC”, Phys. Today 64N8 (2011) 29-33. See also, Int. J. Mod. Phys. A28 (2013) 1330055.
[2] Steven Weinberg, Dreams of a Final Theory --- The Search for the Fundamental Laws of Nature, published in New York, USA: Pantheon Books (1992).
[3] Steven Weinberg, “The Crisis of Big Science”, in The New York Review of Books, May 10, 2012.
http://www.nybooks.com/articles/2012/05/10/crisis-big-science
For Chinese edition of this article (translated by Zhong-Zhi Xianyu),
see: http://chuansong.me/n/678905846230
[4] Circular Electron Positron Collider (CEPC) and Super pp Collider (SPPC),
(http://cepc.ihep.ac.cn).
关于介绍该项目的科普读物：S. Nadis and S.-T. Yau, “From the Great Wall to the Great Collider --- China and the Quest to Uncover the Inner Workings of the Universe”, 2015, International Press of Boston, Inc., MA, USA. 中译本：《从万里长城到巨型对撞机》, 丘成桐, 史蒂夫·纳迪斯 著，电子工业出版社, 2016.
[5] David Gross and Edward Witten, “China’s Great Scientific Leap Forward”, in The Wall Street Journal, September, 2015.
http://www.wsj.com/articles/chinas-great-scientific-leap-forward-1443136976
For Chinese translation of this article, see:
戴维·格罗斯和爱德华·威滕，“中国科学的巨大跨越”，
http://www.ihep.cas.cn/xwdt/cmsm/2015/201509/t20150926_4431136.html
[6] 丘成桐，“关于中国建设高能对撞机的意见并回复媒体的问题”，2016 年 8 月 30 日.
http://www.intlpress.net/blog/essay.php?id=4
[7] 杨振宁, “中国今天不宜建造超大对撞机”, 2016 年 9 月 4 日.
http://news.sina.com.cn/pl/2016-09-04/doc-ifxvqctu6167027.shtml
[8] 王贻芳, “中国建造大型对撞机，今天正是时机”， 2016 年 9 月 5 日.
http://chuansong.me/n/678856049160
[9] Werner Heisenberg Biography
(https://nobelprize.org).
David C. Cassidy, “Uncertainty: The Life and Science of Werner Heisenberg”, Freeman (1992), see Appendix A.
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