诺奖得主的遗憾:我发现了量子色动力学,却取错了名字 | 维尔切克专栏

摘要: 诺奖得主维尔切克讲述为科学新概念取名的趣事


第二回 | 为什么叫它时间晶体


撰文?| 弗兰克·维尔切克

翻译?| 胡风 梁丁当


莎士比亚笔下的朱丽叶质疑道:“姓名算得上什么?”在她看来,“我们所谓的玫瑰,换个名字,还是一样的香。”付出了沉痛的代价后,朱丽叶才意识到自己错了。名字很重要。

 

在我学术生涯的早期,我也不重视取名。当我与戴维·格罗斯(David Gross,现任职于加利福尼亚大学圣巴巴拉分校)首次发现了夸克和胶子的行为规律时,我们提议将之称为“强相互作用的非阿贝规范理论”。后来,有的人把它称作“量子色动力学”—— 不难猜到,是这个名字流传了下来。就这样,我遗憾地错过了一次取名的机会,但却学到了一个教训。


两位共同获得2004年诺贝尔物理学奖的科学家——维尔切克(左)与戴维·格罗斯首次发现了夸克和胶子的行为规律,但他们却遗憾错过了取名的机会。


一个名字的音与形都会影响其流行度。彼得·希格斯(Peter Higgs)是一位杰出物理学家:他发现了类似光子的粒子是如何获得质量的。弗朗索瓦·恩格勒(Fran?ois Englert)与罗伯特·布鲁(Robert Brout)也独立地发现了该机制,接着其他人进一步发展了这个理论。(希格斯与恩格勒共同获得2013年诺贝尔物理学奖。如果布鲁当时还健在,也一定会同享尊荣)。但是,“希格斯”这个词是如此地有力和简洁,凡是这类思想都被物理学家以它命名: 除了“希格斯粒子”,还有“希格斯场”、“希格斯机制”,甚至连“希格斯化”都成了标准术语。

 

在《仲夏夜之梦》里,莎士比亚写道:“想象的力量可把不曾发现的东西变得具体,所以诗人的笔就可描写它们的形状,给虚无缥缈的东西以住址和姓名。”这个认识非常深刻:意识到需要赋予事物以名字,已经是一个很大的进步。

 

举个例子。牛顿引入了“质量”这个名词来描述力与其所导致的运动的内在联系。一个名字背后隐含的意义是,有一个事物真实存在着。牛顿的思想是,每样物体,无论它是粒子还是行星,都具有一种可测量的、描述受力和运动之间关系的属性,即质量。这依然是当代物理学和化学的一个核心概念 (虽然爱因斯坦的相对论让我们重新认识了它)。

 

我少年时有一次陪着母亲去百货店,留意到一种洗涤剂的名字叫做“Axion”。 我喜欢这个名字,它读起来很有科学味,带着古希腊的感觉,像一个粒子的名字。

 

多年以后,当我接触到罗伯托·佩切伊(Roberto Peccei)和海伦·奎因(Helen Quinn)的理论时,我意识到,这意味着存在一种新粒子,而这个新粒子需要一个名字。我猜,如果当时《物理评论快报》的编辑们知道“轴子”(Axion)这个名字的灵感其实来源于一种洗涤剂,他们肯定会否定这个名字。很妙的是,这种新粒子恰好可以解释一个关于轴流的问题。以此为掩护,我把“轴子”这个名字偷偷带进了科学界。我认为宇宙学家们所谓的暗物质可能就是“轴子”。虽然这个观点尚未证实,却正被越来越多的物理学家接受。

 

2012年夏天,我和家人沿着温赖特(Wainwright)在他著名的《徒步穿越英格兰》中所描述的路线,从东往西地穿越英格兰。在旅程开始前,我一直在思考,在描述万物时,空间与时间所起的作用有何异同。在许多材料中,原子会自发组织形成有序的排列,即形成晶体。由此类比,材料是否也可以在时间(而不是空间)上自发形成某种结构?

 

在两周的徒步旅行中,我不停地思考。当旅程结束时,我觉得我的想法已经成熟了,是时候分享给世人了。但问题是,描述这个想法的标准术语,即“时间平移对称性的自发破缺”,却是一个比“非阿贝规范理论”还要糟糕的名字。

 

一次饭后,我跟家人说了几个候选的名字,征询她们的意见。其中一个叫做“时间晶体”。我本来担心这个名字的风格有些“后现代”,但是我的妻子贝齐·迪瓦恩(Betsy Devine)却非常喜欢,并坚持我使用这个名字。让我诧异的是,《物理评论快报》居然也接受了这个名字。

 

“时间晶体”这个名字迅速地吸引了人们的注意力,而它隐含的思想则促使科学家思考,并引发了活跃的理论辩论。但直到最近,才有比较有说服力的证据表明它的确存在。

 


今年3月, 《自然》用一张极富想象力、让人印象深刻的时间晶体图片作为期刊封面。内文则有几篇介绍发现时间晶体这种新物态的实验论文。就这样,“时间晶体”这个名字由虚变实,魔法般地走入了我们的现实世界。


往期回顾:

第一回  先哲们的时间观


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