Време за четене: 6 минути
Франк Вилчек, теоретичен физик и автор, носител на Нобелова награда, е обявен за носител на наградата Темпълтън за 2022 г., която се оценява на повече от 1,3 милиона долара. Годишната награда отличава онези, „които впрягат силата на науката, за да изследват най-дълбоките въпроси на Вселената и мястото и целта на човечеството в нея“, според прессъобщение от фондация Джон Темпълтън. Предишни лауреати включват учени като Джейн Гудол, Марсело Глейзър и Мартин Рийс, както и религиозни или политически лидери като Майка Тереза и Дезмънд Туту.
Нобеловата работа на Вилчек започва от началото на 70-те години на миналия век, когато той и двама колеги създават теория, описваща поведението на фундаменталните частици, наречени кварки – постижение, което се оказва решаващо за установяването на Стандартния модел на физиката на елементарните частици. Той също така предложи съществуването на множество нови частици и образувания. Някои, като „времеви кристали“ и „аньони“, оттогава са открити и изглеждат обещаващи за разработването на по-добри квантови компютри. Друга прогноза на Вилчек – „аксионът“ – остава непотвърдена, но е водещ кандидат за тъмна материя, невидимата субстанция, за която се смята, че съставлява по-голямата част от масата във Вселената. Той също така е плодовит автор и в последните си книги свързва работата си като физик със своите съзерцания върху присъщата красота на реалността, като твърди, че нашата вселена въплъщава математически най-елегантните структури.
Scientific American разговаря с Wilczek за взаимодействието между наука и духовност, скорошни доклади, че стандартният модел може да бъде „счупен“ и най-новите му изследвания, включващи търсенето на хипотетични частици и физиката на падащите котки.
[Следва редактиран препис на интервюто.]
Поздравления за получаването на наградата Темпълтън. Какво представлява тази награда за вас?
Моите проучвателни, научнообосновани усилия да отговоря на въпроси, които често се смятат за философски или религиозни, са резониращи. Много съм благодарен за това и започнах да мисля какво означава всичко това.
Един вид „духовно“ пробуждане за мен беше да изпитам как е възможен диалог с природата – в който природата „отвръща“ и понякога ви изненадва, а понякога потвърждава това, което сте си представяли. Смътните надежди и концепции, които първоначално са били драсканици на хартия, се превръщат в експериментални предложения и понякога успешни описания на света.
Сега не се идентифицирате с никоя конкретна религиозна традиция, но във вашата книга от 2021 г. „Основи: Десет ключа към реалността“ написахте: „Изучавайки как работи светът, ние изучаваме как работи Бог и по този начин научаваме какво е Бог“. Какво имахте предвид с това?
Използването на думата „Бог“ в общата култура е много свободно. Хората могат да имат предвид съвсем различни неща под него. За мен обединяващата нишка е мащабното мислене: мисленето за това как работи светът, какво е, как е възникнал и какво означава всичко това за това, което трябва да правим.
Избрах да изучавам това отчасти, за да запълня празнината, която остана, когато разбрах, че вече не мога да приемам догмите на католическата църква, които означаваха много за мен като тийнейджър. Тези догми включват твърдения за това как се случват нещата, които са особено трудни за съвместяване с науката. Но по-важното е, че светът е по-голямо, по-старо и по-чуждо място от племенния разказ в Библията. Има някои твърдения относно етиката и отношението към общността, които наистина намирам за ценни, но те не могат да се приемат като изявления от „високо“. Мисля, че сега съм събрал достатъчно мъдрост и житейски опит, за да мога да преразгледам всичко това с истинско прозрение.
Можете ли да ми дадете някои конкретни примери за това как мъдростта, която имате сега, но не сте имали по-рано в научната си кариера, е повлияла на вашия възглед?
„Допълняемостта“ казва, че не можете да използвате една картина, за да отговорите на всички значими въпроси. Може да имате нужда от много различни описания, дори описания, които са взаимно неразбираеми или повърхностно противоречиви. Тази концепция е абсолютно необходима за разбирането на квантовата механика, където например не можете да правите прогнози за позицията и импулса на електрона едновременно. Когато за първи път се сблъсках с идеите на Бор за извеждане на взаимното допълване отвъд квантовата механика, не бях впечатлен. Мислех, че са гранични глупости. Но разбрах, че това е много по-обща мъдрост, която насърчава толерантността и разширяването на съзнанието. Съществува и научната нагласа, че откровеността и честността позволяват на хората да процъфтяват. Повишава ефективността на учените да имат нещо като любяща връзка с това, което правят, защото работата може да бъде разочароваща и включва инвестиране в изучаването на доста сух материал. И след това има урокът по красота: когато си позволите да използвате въображението си, светът се отплаща с прекрасни подаръци.
Спечелихте дял от Нобеловата награда по физика през 2004 г. за работата си по разбирането на силната сила, която свързва субатомните частици в атомното ядро. Тази работа е част от гръбнака на стандартния модел. Но Стандартният модел, разбира се, е непълен, защото не отчита гравитацията или тъмната материя или „тъмната енергия“, която изглежда захранва ускоряващото се разширяване на Вселената. Много физици, включително и вие, следователно вярват, че в крайна сметка ще намерим доказателства, които ни позволяват да изработим наследник или разширение на Стандартния модел. През април физици от Националната лаборатория за ускорители на Ферми в Батавия, Илинойс, обявиха, че са измерили масата на елементарна частица, наречена W бозон, като значително по-тежка от предвидената от Стандартния модел. Дали това е вълнуващ знак, че царуването на Стандартния модел наближава своя край?
Аз съм скептичен. Това е впечатляваща работа, но е опит да се направи високо прецизно измерване на масата на нестабилна частица, която се разпада много бързо по екзотични начини. И тъй като W бозонът има ограничен живот, според квантовата механика, той има несигурност в масата. Самият факт, че измерването е толкова сложно, повдига вежди. И още по-сериозно е, че резултатът не само противоречи на теоретичните изчисления, но и на предишни експериментални измервания. Ако имаше убедителна теоретична хипотеза, която предполага, че трябва да има това несъответствие с масата на W бозона, но няма друго несъответствие с всички други тестове, това би било фантастично. Но това не е така. Така че за мен журито все още е извън.
Един от най-новите ви успехи беше предсказването на съществуването на ново квантово състояние на материята, което нарекохте „времеви кристал“, тъй като неговите частици проявяват повтарящо се поведение – като люлеещо се махало – но без да консумират енергия. Как ви хрумна идеята?
Преди почти 10 години се подготвях да преподавам курс по симетрия и си помислих: „Нека помислим за кристалната симетрия в нещо повече от 3-D; нека помислим за кристали, които са периодични във времето. По принцип кристалите на времето са самоорганизирани часовници, такива, които не са конструирани, а възникват спонтанно, защото искат да бъдат часовници. Сега, ако имате системи, които спонтанно искат да се движат, това звучи опасно като вечен двигател и това беше изплашило физиците. Но ми бяха дадени няколко инжекции с увереност в кариерата ми, така че не се уплаших и скочих там, където ангелите се страхуват да стъпят. Първоначално исках да го нарека „спонтанно нарушаване на симетрията на времевия пренос“, но жена ми Бетси Дивайн каза: „Какво по дяволите?!“ Така те се превърнаха във времеви кристали.
Кристалите на времето вече са създадени в лабораторията и в квантов компютър. Как могат да бъдат полезни?
Най-обещаващото приложение е да се правят нови и по-добри часовници, които са по-преносими и здрави. Създаването на точни часовници е важна граница във физиката; [те] се използват в GPS, например. Също така е важно да се правят часовници, които са приятелски настроени към квантовата механика, защото квантовите компютри ще се нуждаят от съвместими часовници.
Имате навика да измисляте закачливи имена. Още през 70-те години на миналия век вие предложихте хипотетична нова частица, която нарекохте „аксион“ – вдъхновена от перилен препарат – защото нейното съществуване щеше да изчисти объркания технически проблем в работата на физиката на елементарните частици. Оттогава други физици предполагат, че аксионите, ако съществуват, имат точните свойства, за да съставят тъмната материя. Как напредва търсенето на аксиони?
Axions са супер вълнуващи. В началото беше напълно неочаквано за мен, че теорията е идеално проектирана да обясни тъмната материя, но тази възможност набира сила. Това отчасти се дължи на факта, че търсенията на другите водещи кандидати за тъмна материя, така наречените WIMP (слабо взаимодействащи масивни частици), се оказаха празни, така че аксионите изглеждат по-добре в сравнение. И през последните няколко години имаше някои наистина обещаващи идеи за откриване на аксиони на тъмната материя. Измислих един с изследователите от Стокхолмския университет Алекс Милар и Мат Лоусън, който използва „метаматериал“ – материал, който е проектиран да обработва светлината по определени начини – като нещо като „антена“ за аксиони. Сътрудничеството на ALPHA тества прототипи и аз съм оптимист, граничещ с увереност, че в рамките на пет до 10 години ще имаме окончателни резултати.
И „аксион“ вече е в Оксфордския английски речник. Когато сте в OED, знаете, че сте пристигнали.
Вие също измислихте името на друга нова частица, „анион“. Стандартният модел допуска два типа елементарни частици: „фермиони“ (които включват електрони) и „бозони“ (като фотони на светлината). Анионът е трета категория „квазичастици“, която се появява чрез колективното поведение на групи от електрони в определени квантови системи. Вие предсказахте това още през 1984 г., но то беше потвърдено едва през последните години. Какви са последните новини за anyons?
Мислех, че ще отнеме няколко месеца, за да се уверя, че можете да имате всякакви, но отне почти 40 години. През това време имаше буквално хиляди статии за ениони, но много малко бяха експериментални. Хората също така разбраха, че аниони могат да бъдат полезни като начини за съхраняване на информация – и че това потенциално може да бъде произведено в промишлен мащаб – пораждайки областта на „топологичните квантови изчисления“. Вече има експерименти с прототипи в Китай и сериозни инвестиции от страна на Microsoft. Миналия месец Microsoft обяви, че са направили нещо, от което се нуждаем, за да стартираме сериозно приложенията за квантови изчисления. Така че всички тези хиляди теоретични статии най-накрая влизат в контакт с практическата реалност и дори с технологията.
