造价数百亿美元 体积巨大的粒子对撞机 到底有啥用

科学的探索道路离不开数据的支持，而获取数据需要特定的设备。天文学需要望远镜，高能物理需要强大的对撞机。在21世纪，特别是基础科学，已经远非牛顿时代依靠简陋装置推断定理的模式。在实验物理学的最前沿，一系列耗资数十亿甚至上百亿美元的大科学设备正快速运转，验证着理论，揭示着规律。让我们一同盘点一下物理学领域中最昂贵的设备，看看这些耗资巨大的科学工具在过去几十年里都取得了哪些成果。

一、粒子加速器

位于日内瓦与法国接壤的地区，世界上最大的粒子物理实验室，名为LHC。其实验设备位于地下100米深的环形隧道中，总长达17英里，直径为3米。这个巨大的装置将粒子加速到接近光速的水平，并让它们发生相撞。

LHC于1994年获得批准建造，当初的预算是26亿瑞郎。然而，到2008年首次建成并启动测试时，整个项目的花费已经超过了80亿美元，而且在建设过程中还造成了人员伤亡。

尽管在发现上帝粒子后，LHC的能量强度已不足以验证更先进的物理学理论，这个80亿美元的大科学设备已经逐渐被淘汰。物理学家们构想了一个新的超级加速器来取代它，这个名为FCC的新型加速器在2020年6月被欧洲核子研究中心正式通过，预计其周长将达到100公里。至于花费，物理学家们保守估计在210亿欧元左右，如果一切顺利，最后的超支应该控制在三倍以内，即630亿欧元左右。

计划中，这座能量超过LHC加速器10倍的超级加速器落成后，将提供无与伦比的超高能对撞实验，尽可能模拟宇宙大爆炸的物理过程，并且还能发现许多新的粒子和新的宇宙规律，帮助人类更深刻地理解这个世界。

二、国际空间站

相较于FCC，粒子加速器的资金筹备要等到2038年才能完成。但在近地轨道上，国际空间站已经实实在在花了1600亿美元。

国际空间站是由美国、俄罗斯、11个欧洲航天局成员国以及日本、加拿大、巴西等16个国家联合研发的人类在太空中最大的单体设施之一。从一开始就是一个资金需求庞大的项目，美国承担了大部分费用，总计约1300亿美元，俄罗斯分担了120亿美元，欧洲航天局、日本和加拿大则共同承担了120亿美元。

然而，这只是前期建造费用。国际空间站升空后，每年的维护费用达到了40亿美元。因此，这个项目确实被形容为“烧钱”。

三、韦伯望远镜

最近刚刚发射的韦伯望远镜同样是一个昂贵的项目。这座位于太空中的望远镜，经历了15年的延期，成本在发射时终于突破了100亿美元。考虑到它的工作地点位于距离地球150万公里的地球背面，一旦出现故障，修复难度将非常大。总的来说，这是一个花费巨大的项目。

随着科学技术的不断发展，基础科学所需设备的成本将会不断增加。因为人类的科学目标正在向最大的宇宙和最小的量子领域发展。为了了解这些领域，需要使用目前最先进的技术制造出最精密的仪器，并将它们置于最特殊的环境中进行观测。

在可预见的未来，我们可能会看到绕地球赤道一周的超级加速器，甚至在太空中绕太阳一周的恒星级对撞机，就像科幻小说《三体》中的环日加速器一样。

除了对撞机，未来可能会有超级空间站，以及我国目前正在研制的千米级别太空平台和月球基地。它们都属于基础科学研究设施，其造价肯定也会非常高。然而，这些投资都是值得的。因为没有对科学的投入，就得不到科学的回报。