Unterhaltungen mit Maya: Frank Wilczek

Maya Ajmera, Präsidentin und CEO der Society for Science und Executive Publisher der Science News, sprach mit Frank Wilczek, einem theoretischen Physiker, Autor und Nobelpreisträger. Wilczek hat wesentliche Beiträge zur Teilchenphysik, Kosmologie und physikalischen Eigenschaften von Materialien geleistet. Sein derzeitiger Forschungsschwerpunkt umfasst Axionen, Anionen und Zeitkristalle, die Konzepte in der Physik sind, die er benannt und vorangetrieben hat. Wilczek ist ein ehemaliger Teilnehmer der Science Talent Search (STS) von 1967, einem Wettbewerb, der von der Society for Science besessen und produziert wird. Er ist Mitglied im Ehrenvorstand der Gesellschaft.

Es war für mich eine ganz besondere Erfahrung. Ich hatte selten meine kleine Nachbarschaft in Queens, N.Y., verlassen. Daher war die Reise nach Washington, D.C., eine richtige Expedition für mich; ich war noch nie zuvor mit dem Flugzeug gereist. Ich hatte die Gelegenheit, Glenn Seaborg - einen echten, lebendigen, atmenden Nobelpreisträger - zu treffen und Studenten aus dem ganzen Land kennenzulernen. Die Erfahrung war sehr bestärkend. Das wichtigste Geschenk, das ich durch STS erhalten habe, war Selbstvertrauen.

Es kam mir natürlich leicht von der Hand, daher kann ich nicht allzu viel dafür beanspruchen. Ich war schon immer sehr an großen Dingen, Abstraktionen und Rätseln interessiert. Ich erhielt auch viel Ermutigung in der Schule und wuchs während des Kalten Krieges auf, als der nationale Fokus auf STEM-Bildung lag. Wissenschaftler waren die Vorhut beim Schutz unseres Landes vor einer großen Bedrohung.

Die Erinnerung an den Zweiten Weltkrieg und die Atombombe war bei den Erwachsenen um mich herum noch sehr frisch. Obwohl ich keine aus erster Hand Kenntnis von diesen Dingen hatte, führten wir Luftschutzübungen durch und hatten große Angst vor einem Atomkrieg. Gleichzeitig fand der Wettlauf im Weltraum statt. Die Wissenschaft lag in der Luft und es war sehr aufregend. Meine Eltern haben mich auch auf jedem Schritt meines Weges ermutigt.

Asymptotische Freiheit, die ich mit David J. Gross in den 1970er Jahren entdeckt habe, ist am besten im Kontext dessen zu verstehen, was sie für die Physik erreicht hat: Sie war der Schlüssel zur Fundamentaldarstellung dessen, was als starke Kraft bezeichnet wird, die für das Zusammenhalten von Atomkernen verantwortlich ist.

Mithilfe sehr ausgefeilter Instrumente und Bildverarbeitung waren Wissenschaftler in der Lage, einen Blick in Protonen zu werfen und festzustellen, dass Protonen eine innere Struktur mit kleineren Teilchen im Inneren haben. Diese Teilchen existieren nicht als unabhängige Objekte, da sie in Systeme wie Protonen gebunden sind. Im Inneren der Protonen interagieren sie sehr, sehr wenig. Das nennt man asymptotische Freiheit: Wenn sie sehr eng beieinander sind, interagieren sie sehr schwach. Vor unserer Arbeit wurde angenommen, dass eine Theorie wie diese unmöglich sei.

Wir haben eine grundlegende Theorie über starke Wechselwirkungen entwickelt, die heute als Quantenchromodynamik bekannt ist. Diese grundlegende Entdeckung dieses merkwürdigen Verhaltens (asymptotische Freiheit) und der Theorie der starken Wechselwirkung war ein sehr wichtiger Meilenstein in der fundamentalen Physik und ist ein zentraler Bestandteil dessen, was heute als Standardmodell bezeichnet wird, das nach mehreren Jahrzehnten rigoroser Tests bisher unversehrt überlebt hat.

Wissenschaftler stellen das Standardmodell sehr hohe Anforderungen, weil es Gottes letztes Wort darüber ist, wie die Welt funktioniert. Dies sind die grundlegenden Gleichungen, die die Grundlage für Astrophysik, Chemie, Biologie und alle Formen des Ingenieurwesens bilden. Wenn man die Theorie diesem hohen Standard unterzieht, stellt man fest, dass es einen ärgerlichen Fehler in den Gleichungen gibt. Eine bestimmte Wechselwirkung entspricht nicht den Erwartungen, was ein Rätsel aufwirft. Die theoretische Gemeinschaft akzeptiert weithin, dass man der Theorie einige zusätzliche Symmetrie hinzufügen sollte. Das führt zu unserer Idee, dass es eine neue Art von Teilchen geben sollte, die ich 1978 nach einem Waschmittel Axion nannte, weil es ein Problem löst. Und ich dachte, dass Axion sich anhört wie ein Teilchen.

Eine Überraschung, die einige Jahre später auftrat, ist, dass das Teilchen dem Profil von dem entspricht, was Astronomen Dunkle Materie nennen, die eine Dichte von etwa sechs Mal so viel wie normale Materie hat. Es ist ein bemerkenswerter Zufall, und derzeit gibt es schwierige, aber hoffnungsvolle Experimente mit Physikern auf der ganzen Welt, die versuchen zu bestätigen, dass Dunkle Materie aus Axionen besteht.

Herzlichen Glückwunsch zum Gewinn des Templeton-Preises 2022, der diejenigen ehrt, die die Kraft der Wissenschaft nutzen, um die tiefsten Fragen des Universums und den Platz und Zweck der Menschheit darin zu erforschen. Was bedeutet Ihnen diese Anerkennung in Ihrer Arbeit?

Es bedeutet mir viel, weil ich mich zwar weiterhin mit grundlegenden Problemen in der Physik und Anwendungen von Physik beschäftigt habe, aber auch zu den Fragen zurückgekehrt bin, die mich in vielerlei Hinsicht am Anfang motiviert haben. Wir haben nicht darüber gesprochen, aber es gibt noch etwas, das in meine wissenschaftliche Karriere einfloss: Als ich ein Teenager war, bin ich in der römisch-katholischen Kirche aufgewachsen. Ich habe es sehr ernst genommen und hatte die Vorstellung, dass das Universum einen Sinn hat. Aber dann, als ich mehr über die Wissenschaft und die Dogmen der Kirche erfuhr, stellte ich fest, dass sie sehr schwer zu vereinbaren waren.

For many years, I put the questions of meaning and purpose aside. In recent years, as my understanding of the physical world was maturing, I felt the calling to come back to some of those questions. I started exploring that in my writings. I was really moved and touched that the Templeton Foundation recognized that these efforts are worthwhile and worth supporting. As I think about the Templeton Prize, its kind of an analog of the Science Talent Search, which made me feel like I was in the big leagues of science. Now, with this award I feel like I am in the big leagues of wisdom.

My process has evolved over the years. I owe a lot to my high school teachers who used to have us write essays very regularly. In fact, thinking back on it, writing in high school wasn’t so different from writing my columns.

My wife, Betsy Devine, was very influential in getting me to write for the public. We wrote together. Our first book was Longing for the Harmonies.

Cast a wide net and find what you love. Don’t just fall into something and stick with it because that’s what your thesis adviser was doing, or that’s what appealed to you when you were a 6-year-old. Give the world a chance to speak to you and pay attention to what it is telling you. Weigh what looks promising against the probability of reaching an answer as well as the importance of the problem. That kind of judgment improves with experience.

The most recent significant book I read was A Brief History of Equality by Thomas Piketty. When I was a child, one book that had tremendous influence on me was The History of Western Philosophy by Bertrand Russell.

What literally kept me up at night recently was thinking about the dangers of nuclear warfare. The more you study the dynamics of how nuclear wars might start small and grow, and what would happen if there were a significant nuclear exchange, well, it’s just appalling and terrifying.

Also, climate change is creeping up on us. The problem is it moves slowly and has enormous inertia. There are key technologies that can help and are becoming more economical. But the politics of making the transition is tricky because there are people who have enormous wealth in the form of fossil fuels, which could be significantly devalued if we transition to clean energy. So there’s tremendous resistance to doing the right thing and that’s a big problem too.