物理学家弗兰克·威尔泽克的关于现实的本质的独特洞察

弗兰克·维尔泽克有理论物理学中最辉煌和初始思维之一，在众多另外的中已经提出时间晶体。他的好奇心现在把他带在什么地方？

新科学家 By Alex Wilkins

20 August 2025

Physics

Michael Clark

六月，在那不勒斯东南部风景如画的坎帕尼亚小镇举行的一次会议上，两位物理学家就一个长期追寻的基本现实理论处在一个看似无休止的争论中引起了我的注意。一位没有假定的人物礼貌地打断了他们。

弗兰克·威尔泽克问道，“我有一个或许能帮上忙的幻灯片。我能把它展开吗？”在幻灯片中其中简明阐述该理论可能行动的领域迅速的平息了争论。在坎帕尼亚营地众多争执不休的名人中，我意识到，或许只有威尔泽克有足够宽度的专业广度来理清他们的困惑。

威尔泽克是今天活着的最起始的物理学家之一，他的成就对一个单一思维似乎太众多。他揭示了自然界四大基本力中一种的真实工作机理；他提出了轴子——暗物质的一种主要候选粒子；他还预言了叫“任意子”的奇特粒子和一种叫“时间晶体”的物质的特殊状态。

这些里程碑都在一个熟悉的模式内。威尔泽克全身心投入在某些全新领域中做出一个重大贡献并然后继续探索，被他的好奇心引导。现在74岁的他仍在追寻新的着迷，比如引力波和人工智能。虽然这些可能似乎像不相关的探索，但都服务威尔泽克的来揭示现实的隐藏层的愿望。

威尔泽克说，“这个世界运行的方式是无边的、持续的喜悦和一个对我的启示，我越深入看我越感到回报，我越看到来调查的新事物，但也发现只是来欣赏的新事物 “。

如此，在皮森蒂尼山脉阴影下的一个露台上，我们坐下来回顾他的职业生涯并一只眼展望未来。

一个世纪的量子力学

这次会议在一座16世纪经历一个扩建的奥古斯丁修道院举行，现在是一个工作的市政厅。对物理学会议这是一个不寻常的场地：在中世纪壁画下方贴满关于黑洞和新型基本粒子的海报。会议既是来庆祝自量子力学诞生一个世纪以来已经有多少进展又部分的来计算如何走近基础物理学领域仍存的诸多难题。威尔泽克说，“量子力学的理论框架已经从一次胜利走向另一次胜利——远超创始人预期的”。

现在在麻省理工学院一个理论学家的威尔泽克已经做了不止用现实真的被弄成的的具体描述充实出这个理论框架。令人难以置信的是当他年仅21岁时他首次做出了重大突破。当时粒子物理学的标准模型——我们的自然的基本粒子和力的最佳诠释——仍正在被锻造。数十年来，物理学家们已经抓在强核力如何在一个原子核内一起把持质子和中子。那时在1972年这位初出茅庐的青年步入了一个他叫“渐近自由”的想法：这随你拉开质子和中子的构建块夸克它们吸引力生长更强；但如果将夸克移动一起更靠近这个力生长更弱。这一观测形成了现在叫量子色动力学（QCD）的支柱，而量子色动力学本身是标准模型的一个支柱。

尽管威尔泽克后来因这一洞察与大卫·格罗斯、戴维·波利策共同荣获2004年诺贝尔物理学奖，但他有一个关于这段时期“渐近自由”被任何人估计是一个好想法的糟糕名字的遗憾。他说，“我很早艰难的知道了这个，因为我们没有一个好的名称，其他人那种黏在它上并抓住了不同的片段。我们没有以我们应该有的那样完整包装这个理论并确立我们自己的自主权” 。

这是一个威尔泽克铭记于心的教训。在最初轮廓出量子色动力学几年后，他意识到这正指向一种新颖的幽灵般基本粒子的存在。他能够叫它什么呢？威尔泽克的思维浪荡到大学期间在家与他的母亲一次更早的购物旅行：「我看到了在货架上一款叫『轴子』的洗衣粉，我说：‘天呐，这听起来真像一个粒子啊’“ 。

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威尔泽克以一个和他妈妈购物旅行上他发现的清洁品牌将假想的“轴子”粒子命名为“轴子”。AmiEn23207/Shutterstock

自那时起，轴子粒子已经成了它的自己。尽管轴子还没有被探测到但它们是暗物质——似乎一起约束星系的未知物质——头号候选者。现在全球多个实验都在寻找轴子，其可能比我们已知存在的最小粒子更小数百至数十亿倍。其中被威尔泽克和他的耶鲁大学团队设计的探测器被命名为“轴子纵向等离子体望远镜或简称ALPHA项目。该实验由能够像密等离子体一样行动应该能够探测在变成一个光的粒子的行动中的一个轴子的精细调整的线框结构组成。当轴子纵向等离子体望远镜项目明年打开时，它将锁定在暗物质可能仍正在潜藏地方的物质范围。威尔泽克说：“这应该在五到十年的时间尺度上，除非某些事情可怕的出错” 。

威尔泽克有许多关于轴子的探索是乐观的的理由，至少不是因为他叫理论动机为“深奥的”。但他不在关于它可能是多困难和关于失败的可能性是谦逊的错觉之下。他说，“人们相信各种事情”。真的他很快向我指出，自20世纪70年代以来，他的轴子的概念已发生演变——因为它最初的隐含了非常大质量粒子与在我们银河系恒星观测到的属性冲突。

这种谦逊在坎帕尼亚会议期间显示。无论威尔泽克走到哪里，他都携带一小叠彩色卡片，我多次注意到每当有教授或学生向他请教他们不明白的某下事情时他弯下腰手写大量的方程式。

他的对深入探讨课题的热忱也被系到他的迫切来缜密思考。无论被他自己还是大声说出的，就像它向各领域专家发言人添话一样——从弦理论学者到引力波实验家、从诺贝尔奖得主到应届毕业生——用来帮助改进他自己的理解的问题。这就是来自他的学术物理学家同伴们的尊重，无论讨论什么课题只要威尔泽克开口讲大家都耐心的聆听。