加州理工学院教授、现年58岁的弗兰克dainty维尔切克(Frank A. Wilczek)和蔼、幽默,被认为是最具智慧的物理学家之一。由于在量子色动力学上的贡献,他和戴维·格罗斯(David J. Gross)、戴维·普利策(H. David Politzer)一并分享了2004年度的诺贝尔物理学奖(那项工作是维尔切克在他21岁时和普林斯顿的格罗斯一起完成的)。量子色动力学作为现代物理学理论基石的一部分,在欧洲大型强子对撞机(LHC)重启后不久,《纽约时报》专门采访了维尔切克。以下是这次访谈的内容。
 

弗兰克·维尔切克

 

15岁就读芝加哥大学

  《纽约时报》(以下简称N):每个孩子在小的时候都被父母寄望是天才,您小时候被认为是一个小爱因斯坦吗?
 
  维尔切克(以下简称W):我父母并不那么认为。他们是来自波兰和意大利移民的后代,为人谦虚。我在纽约皇后区长大,上的是公立学校。
 
  我小时候喜欢玩拼图,想出如何把那些抽象的东西结合在一起。我记得很清楚,小时候父母每周带我去商店买玩具,比如在B-57模型或玩具卡车之间,我必须选择其一,权衡哪个对我来说更适合。这塑造了我大脑的思维方式,直到现在还是如此。
 
  N:那么您父母是什么时候发现他们家有个天才的呢?
 
  W:在小学时我曾做过一个I.Q.测试。一位老师对我父母说:“嗯,也许你们不应该让他屈居于公立学校。”正是因为有了这次测试,我和父母的关系发生了变化。一切都很突然,他们不再把我当成一个可以颐指气使的小孩,而是…他们有了一个天才。他们会谨慎地给你提建议,那种感觉就像是“你是老板”。我就读的马丁·范布伦中学是一所正规学校,但我总是比同学们小好几岁。我去芝加哥大学的时候才刚过15岁。
 
  N:获诺贝尔奖的成果,是在您21岁的时候做出来的,是吗?
 
  W:那是我的博士论文。1970年代初,我在普林斯顿做数学研究生。当时我还没确定将来要不要做一个数学家。幸好,普林斯顿的数学楼和物理楼是连在一起的,有时候我会晃悠过去。在那里,我遇见了格罗斯。那时,物理学有许多有趣的事情;而我一旦选定了一个方向就不再回头。我发现自己真的很擅长理论物理,有许多事情可以做。可以说,灵感一个接着一个。
 

强相互作用基本方程

  N:对一个物理初学者,您能介绍一下您的理论吗?
 
  W:当时,物理学界的一个大问题是强相互作用的物理本质。强相互作用可以使原子核结合在一起,是自然界四种相互作用中最强的。当时,关于强相互作用有许多已知的事实,但真正的理论还没有。弗里曼·戴森(Freeman Dyson)曾说过,要理解强相互作用我们还需100年。
 
  然而我和格罗斯提出了描述强相互作用的基本方程。我们还建议用实验去检验那些方程,随后得到了证实。问题的关键是:夸克有一种特性叫做“渐进自由”。在自然界四种相互作用中,这是一种很独特的性质。当夸克相互靠近的时候,力的强度趋向于零;而当夸克相互远离时,力的强度随距离的增大而增大。这种性质是实验上已经证实了的,而理论上却难以和量子力学及相对论结合。
 
  格罗斯和我发现,渐进自由和量子力学及相对论可以相兼容,但只有用一种独特的、数学上非常复杂的高度对称的理论才能统一起来。这就是我们写出来的那些非常漂亮的方程。这一理论现在被称为量子色动力学(QCD)。QCD导致了我们对构成宇宙的物质之间的相互作用的新的认识,并阐明了物质是如何获得质量的。这将有助于我们进一步了解早期宇宙,并为统一自然界四种相互作用启发新的思想。
 
  N:您只用了不到一年时间就完成了这一理论。当您完成这一理论的时候,您在想些什么?
 
  W:太漂亮啦!亚里士多德时代的哲学家们曾经说过,基础科学更像是日常生活中那些无科学根据的经验,人们无法将其精确化。因为这会使你陷入悖论和自我矛盾中,对QCD也是如此。“哇,自然是遵从数学定律的”。
 
  N:诚如您的QCD理论所言,能量是质量的起源。这证实了爱因斯坦的一些基本思想。证明大师的理论,您是不是感觉很开心?
 
  W:这是那项工作的一个令人惊叹的意外的结果。我们提出了质能相互转化的可能性,这也正是我们的研究成果:我们证明了绝大多数普通物质的质量来源于夸克和夸克之间传递的胶子的能量。所以,我们认为,我们证实和发展了爱因斯坦的思想。
 
  可以想象,在我小的时候,爱因斯坦是一个超级大英雄。我想他会喜欢我的工作的。希望如此。
 
  N:欧洲核子中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)正在积极启动新的实验,您会在那里工作吗?
 
  W:不会去,我去会碍手碍脚的。但是我已经提出了一些基本的方程,希望得到LHC的检验和证实。至于细节,我就不要插手了。然而,LHC将极大的检验QCD理论,因为大多数实验是在QCD能量范围内进行的。QCD是强相互作用的理论,而LHC实现的碰撞多是强相互作用。
 

维尔切克希望QCD理论在重启后的LHC得到检验和证实。图为LHC

 

构思《黑暗的吸引力》

  N:自从您获得诺奖后,您在做些什么工作?
 
  W:我一直在考虑被称作轴子的那些粒子以及它们在宇宙学中的作用。更重要的是,我正试图实现一个我以前的想法:将超对称和轴子结合起来会发生什么?我也在研究一些极不稳定的电子。对于这些可能拥有不寻常性质的粒子,我已经发展了一些高能物理学上的观点,并试图在低温物质中找到一些例子;而低温物质正是量子力学效应显著的领域。其中的一些想法,可能对将来的量子计算机有所裨益。
 
  另外,我在写一部悬念小说。我管它叫“黑暗的吸引力”。故事的主线是4位物理学家(两男两女)合作发现了暗物质,这一成果应该获得诺贝尔奖。但是,按规定诺贝尔奖最多只能3个人分享。然而他们中的一位死了,据称是自杀,也可能不是。小说中有大量有关色情、音乐和哲学的文字。
 
  N:这个故事的想法源自何处?
 
  W:现实中有许多很相像的情形:一些重大发现里面存在争议的例子很多,有可能一项奖项有5——6个候选者。这种情形很有可能成为悬疑小说的素材。
 
  我是在斯德哥尔摩接受诺贝尔奖的时候,就开始考虑写这部小说。总的来说,这部小说可以使你提高觉悟。我已经开始考虑小说的具体流程和如何使小说高于生活。我想在2010年5月中旬我生日时完成这本书,这是我的新年愿望。
 
 

资料来源 The New York Times

责任编辑 则 鸣