构成宇宙万物的最小粒子是什么？自然界中存在着哪些力，它们之间如何作用？这些是20世纪乃至现在都困扰物理学家的难题。荣获本年度诺贝尔物理学奖的三位美国科学家格罗斯、波利泽和维尔切克，为回答这些问题做出了重要贡献。

近代物理学理论认为，夸克等是比质子和中子等粒子更基本的物质组成单位，夸克等组成了质子和中子，中子和质子又形成原子核，最终产生原子以及今天的宇宙万物。现有的物理学理论还认为，自然界中存在引力、电磁力、强作用力和弱作用力等4种力。其中，夸克通过强作用力组成质子和中子，而这种强作用力主要通过另一种名为胶子的基本粒子来传递。

但物理学家们在研究夸克时也发现了一个奇怪的现象，那就是从没有发现过自由的单个夸克，只有2个或3个夸克的集合体才能处于自由状态，通常情况下夸克总是被约束在质子和中子内部。格罗斯、波利策和维尔切克提出的“渐近自由”理论，为此提供了解释。

格罗斯1966年在加利福尼亚大学伯克利分校获得物理学博士学位。1972年被普林斯顿大学聘为教授。1973年，格罗斯和自己的研究生维尔切克联合发表论文，揭示了粒子物理强相互作用理论中的渐近自由现象。当时他们分别是32岁和22岁。同年，还在攻读哈佛大学物理学博士学位的波利策也独立发表了相关论文，他现任加利福尼亚理工学院物理系教授。

他们认为当夸克彼此非常靠近时，它们之间的相互作用非常弱，就像是自由粒子一样。但它们彼此分开时，相互作用将迅速增强。这种现象被称为渐近自由，这可以解释为什么我们很难把夸克从原子核中分离出来。

他们的理论说明夸克之间越接近，强作用力越弱。当夸克之间非常接近时，它们完全可以作为自由粒子活动。即渐近不束缚。与此相反，当夸克之间的距离越大时，强作用力就越强。他们认为，强作用力会随着夸克彼此间距离的增加而增大，因此没有夸克可以从原子核中向外迁移，获得真正的自由。通俗地说，这一现象有点像拉一根具有弹性的橡皮筋：橡皮筋拉得越长，其产生的力量越大，人拉起来也更为费劲。同样根据“渐近自由”理论，强作用力会随着夸克间距离的变小而减弱，这意味着，约束在质子等内部的夸克在彼此距离足够小时将近乎自由地进行运动。

三位科学家1973年通过一个数学模型揭示了夸克渐近自由现象。这项发现产生了量子色动力学。量子色动力学理论认为，与电子带有电荷类似，夸克和胶子带有色荷，基于色荷的色力或者强作用力，具有比电磁力更为复杂的作用方式和更为奇特的现象，“渐近自由”就是一个明显例子。

由于这一发现，物理学家更接近于实现一个伟大的梦想，这就是为重力、电磁力、强作用力、弱作用力构建一个统一的理论，一个适用于所有物质的理论。

诺贝尔物理学奖评委会认为，三位科学家发现的“渐近自由”现象，不仅深刻地改变了科学家们对自然界基本作用力作用方式的理解，为量子色动力学理论奠定了基础，使完善粒子物理学标准模型成为可能，而且也让科学家向实现对自然界4种力进行统一描述的宏大梦想更进了一步。评委们把3位美国科学家的成就称为“夸克世界中的一个精彩发现”，认为他们的发现有助于解释为什么夸克只有在极高能量下才会表现出近乎自由的状态。

另外，一些专家也指出，通过了解夸克间相互作用力的性质，就有可能找到打开自由夸克的办法。如果能够合理利用夸克内部的强作用能，那么人类就有可能获得比核能还要大得多的能量，相关研究将有很大的应用潜力。

中科院理论物理研究所吴岳良研究员在接受采访时认为，当我们打开物质的每一个层次的时候，都有很大的应用。比如原子核，我们可以利用核能；那么假如我们能够把自由夸克打开，知道在什么能量之下我们能够看到这个自由夸克，能把它打开的话，就可以合理的利用夸克里面的强作用能，而那个能量比我们的核能可能还要大得多。

（本报记者根据相关报道整理）