FrankWilczek

弗兰克·维尔切克是麻省理工学院物理学教授、量子色动力学的奠基人之一。因在夸克粒子理论（强作用）方面所取得的成就，他在年获得了诺贝尔物理学奖。

访谈人员

吴非（环球科学，编辑）

维尔切克认为，超越标准模型的新理论不会带来新的技术革命，但是，通过全新或是更加深入的方式理解现有的理论依然能带来新的技术，这同样是令人激动的探索。

尽管年近七旬，但弗兰克·维尔切克依然对世界或者说宇宙充满好奇--在采访这位物理大家的过程中，我们能明显感受到这一点。

正是因为好奇心的驱使，维尔切克在近半个世纪，一直身处物理学的最前沿，探索着宇宙的本质：年，维尔切克发现了渐进自由理论，这个描述夸克间强相互作用的理论成为量子色动力学的基石，维尔切克也因此获得年的诺贝尔物理学奖；后来维尔切克又相继提出了轴子和任意子的概念；年，维尔切克又提出并命名了时间晶体——一种全新的奇特物质状态，这一概念在年得到了多个实验的证实。

在维尔切克看来，这些年来，他探索的方向没有发生转变，而是在不断延伸。从渐进自由理论，到暗物质候选粒子轴子，再到对量子多体物理的深刻洞见，维尔切克还在物理的世界里不断拓展和创新。时间晶体之后，维尔切克还会给现实世界带来什么？让我们一起听听他的答案。

以下为采访内容

《环球科学》：你在本期的封面故事中提到，时间晶体可以用于制造更精准的时钟。为什么基于时间晶体的时钟，可以比目前的原子钟更精准？

维尔切克：我并不是要完全重新造一个更精确的时钟。原子钟的精度已经非常高了，通过长时间的实践，人们已经对它进行很多改进和提高。因此，我们并不需要重新制造一种时钟，而是在原子钟的基础上进行改进就行了。简单地说，原子钟是基于对单个原子的运动非常精细地观察和调控。我们想做的，是将几个或者更多的原子制备成一个时间晶体。这样原子振动的稳定性就增强了。

另一种候选方案是，利用约瑟夫森效应来打造非常精确的时钟。目前，这个类型的时钟的稳定性还不足以与原子钟媲美，但我们可以想象将多个约瑟夫森结耦合起来形成一个时间晶体。类似地，相比于单个约瑟夫森结，稳定性会得到大幅提升。人们正在开展这方面的研究。

《环球科学》：可以谈谈时间晶体时钟的应用场景吗？

维尔切克：量子计算机需要精确的量子时钟。计算机包括量子计算机一般都是按照时序完成一系列操作，其中的许多单元需要在同一时间完成多个步骤。所以在设计计算机时，至关重要的一点是它需要确保不同单元能同步工作。因为量子计算机很脆弱，同步会带来新的问题。由于某种原因，为量子计算机设计合适的高精度时钟被忽视了。时间晶体或许能在这里帮上忙。

当然，基于时间晶体的时钟，还是一个刚刚起步的研究领域。目前，科学家还没有真正造出时间晶体时钟。我们正在从时间晶体角度重新审视基于约瑟夫森结的时钟，希望实现进一步的提升。美国国防部高级研究计划局（DARPA）正在资助时间晶体的研究，希望得到更精确或是更便捷的时钟，继而用在GPS或其他场景中。对于时间晶体时钟今后的发展，我充满了期待。

《环球科学》：除此之外，我们可以期待时间晶体在其他领域的应用吗？

维尔切克：一个我颇为感兴趣的问题是，当电子和光子被嵌在时间晶体中，它们的性质是怎样的？现在我们知道，在普通晶体中，电子的行为遵循能带理论，这是理解导体、绝缘体或是半导体间区别的基础。这些理论从20世纪30年代慢慢发展起来的，那时刚刚建立的量子力学为此提供了理论基础。从晶体的基础理论，到理解电子在晶体中的行为，再到这些行为的应用，这个过程经历了很长时间，甚至直到今天仍然在进行中。我相信，在研究电子、光子在时间晶体中的行为时，我们可以取得意外的发现。但目前，我们还处在探索的阶段——这是科学，还没有到工程的阶段。

《环球科学》：除了这些时间晶体，科学家已经找到了一些时间准晶体与时间液体，这些发现的意义是什么，它们有潜在的应用吗？

维尔切克：是的。时间准晶体在很多方面与时间晶体类似，是时间晶体在有序度上的延伸。对于它们的应用潜力，目前还没有重要的进展，可能没有时钟那么诱人。正如几年前，普通的空间准晶体被发现时引起了轰动，但到现在它仍未实现重要应用。对时间准晶体感兴趣的主要也是理论物理学家。目前看来，时间准晶体更多的是证明自然的创造性。

《环球科学》：年时，你因为量子色动力学与渐近自由理论得诺贝尔物理学奖。现在，你仍然在参与该理论的进一步发展吗？

维尔切克：我仍在

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkyy/1908.html