Сидя на террасе старинного итальянского монастыря, он жует печенье и между делом рассуждает о кристаллах времени и гравитационных волнах. Ему семьдесят четыре, а его любопытство острее, чем у многих молодых ученых. Фрэнк Вильчек — человек, который однажды объяснил, как устроены кварки, предложил частицу-аксион как ключ к разгадке темной материи и даже придумал новое состояние вещества — кристалл времени. Что же движет этим физиком, и какие тайны мира он пытается разгадать сегодня?
Американский физик-теоретик Фрэнк Вильчек родился в 1951 году в Нью-Йорке. Его карьера — редкий пример того, как жажда знаний приводит к открытиям, меняющим картину мира. Еще в 21 год он сформулировал принцип, который вошел в основы современной физики: асимптотическая свобода. За это открытие, объясняющее поведение кварков внутри протонов и нейтронов, Вильчек получил Нобелевскую премию по физике в 2004 году вместе с Дэвидом Гроссом и Дэвидом Политцером. Но это только начало: позже он предложил аксионы — кандидатов на роль темной материи, предсказал существование анионов и ввел в науку понятие «кристалл времени».
Первая вспышка гения: кварки и асимптотическая свобода
Начало 1970-х. Физики безуспешно пытаются понять, как работает сильное взаимодействие, связывающее кварки внутри протонов и нейтронов. Тогда Вильчек предложил идею: сила притяжения между кварками меняется в зависимости от расстояния. Чем ближе они друг к другу, тем слабее взаимодействие. Чем дальше их раздвигают — тем сильнее они тянутся обратно. Так родилась асимптотическая свобода. Это стало фундаментом квантовой хромодинамики (QCD), ключевой части стандартной модели.
Вильчек с улыбкой признается, что название он выбрал неудачное: «асимптотическая свобода» звучит слишком сухо. Но сама идея принесла ему признание, а миру — понимание того, как устроена материя.
Призрак аксиона
Через несколько лет Вильчек обратил внимание: теория указывает на существование новой частицы. Он назвал ее аксионом — по ассоциации с порошком для стирки Axion, увиденным в супермаркете. С тех пор аксионы стали одними из главных кандидатов на роль темной материи. Их еще не нашли, но именно они могут объяснить, что удерживает галактики от распада.
Сегодня по всему миру строят детекторы для поиска аксионов. Среди них — проект ALPHA в Йельском университете, где Вильчек с коллегами разрабатывает прибор, способный уловить превращение аксиона в фотон света. Если все пойдет по плану, в течение пяти–десяти лет ученые смогут проверить, скрывается ли темная материя в этом диапазоне масс.
Анионы и их память
В 1982 году Вильчек придумал еще один вид частиц — анионы. Они ведут себя не так, как привычные электроны или протоны. Анионы «помнят», где они находились: при обмене двумя анионами их свойства меняются. Долгое время это казалось странной теорией, но в 2020-х годах удалось подтвердить существование анионов экспериментально. Теперь на них возлагают надежды в квантовых компьютерах: благодаря «памяти» анионы могут стать надежной основой для квантовой памяти.
Кристаллы времени
Еще одно открытие Вильчека связано с экзотическим состоянием материи — кристаллом времени. В обычных кристаллах узор повторяется в пространстве, например решетка алмаза. В кристалле времени структура повторяется во времени. Термин придумала его жена во время прогулки по английской деревне: «Ты говоришь, что это как кристалл, только во времени. Так назови его кристаллом времени». Вскоре экспериментаторы доказали, что такие объекты можно создавать в лаборатории. Они уже привлекают внимание исследователей квантовых технологий.
За пределами квантовой механики
Несмотря на верность квантовой механике, Вильчек ясно понимает: ее не хватает для объяснения всего. Главное препятствие — гравитация. Она упорно не вписывается в квантовые законы. Теперь ученый внимательно следит за гравитационными волнами. Он надеется, что скрытые структуры этих волн подскажут, существует ли квантовая природа у гравитации. Одним из инструментов могут стать обновленные «штанги Вебера» — алюминиевые цилиндры, которые должны резонировать под действием волн. Современные квантовые технологии дают шанс уловить даже следы гипотетических гравитонов.
Искусственный интеллект — друг и инструмент
Еще одна неожиданная страсть Вильчека — искусственный интеллект. Он общается с чат-ботами, использует их для проектирования антенн и поиска новых идей. Каждый день, как он признается, он беседует с ChatGPT о науке. Это кажется контрастом с письмом 2014 года, где Вильчек вместе со Стивеном Хокингом предупреждал о рисках ИИ. Но физик подчеркивает: его пугает не сама машина, а человеческая безответственность, особенно военные проекты с ИИ.
Тревоги и надежды
Несмотря на оптимизм, Вильчек резко критикует сокращения финансирования науки в США при Дональде Трампе. Он считает, что разрушают систему, которая подарила миру технологии от квантовой механики до искусственного интеллекта. Ученый возмущен и молчанием миллиардеров, чьи состояния построены на достижениях науки: «Илон Маск, Марк Цукерберг, Джефф Безос — все они молчат. Их нужно призывать к ответственности».
Но даже с этими тревогами он продолжает искать ответы. В списке его задач — темная энергия, космическая инфляция, загадки нейтронных звезд. Сам он сравнивает это с восхождением на Эверест: надо подниматься только потому, что гора стоит перед тобой.
Post Scriptum
Фрэнк Вильчек прожил жизнь, полную научных открытий, но не утратил жажду знания. Для него реальность — неисчерпаемый источник вопросов и радости. Он не просто ученый, а исследователь в самом широком смысле. Его путь напоминает, что мир сложнее и прекраснее, чем мы привыкли думать, и что любопытство — лучший двигатель прогресса.
-----
Смотрите нас на youtube. Еще больше интересных постов на научные темы в нашем Telegram.
Заходите на наш сайт, там мы публикуем новости и лонгриды на научные темы. Следите за новостями из мира науки и технологий на странице издания в Google Новости