發現 的 故事 發現 第二 個 愛因斯坦 * 22 * 【 第一 章 】 ， 但 科學家 確信 它 一定 存在 。 對應 於 每 種 夸克 ， 還 存在 著 一 種 「 反夸克 」 ， 這樣 ， 一共 就 有 12 種 夸克 和 反夸克 。 玻色子 是 可以 使 輕子 與 夸克 產生 相互 作用 的 粒子 。 這 種 相互 作用 共有 四 類 ： 「 引力 相互 作用 」 ， 與 之 相關 的 有 一 種 玻色子 ； 「 電磁 相互 作用 」 ， 與 之 相關 的 有 一 種 玻色子 ； 「 弱 相互 作用 」 ， 與 之 相關 的 有 3 種 玻色子 ； 「 強 相互 作用 」 ， 與 之 相關 的 有 8 種 玻色子 。 這樣 就 一共 有 13 種 玻色子 。 輕子 、 反 輕子 、 夸克 、 反夸克 以及 玻色子 ， 一共 有 37 種 基本 粒子 。 原子核 物質 結構 之 謎原子 電子 上 夸克 質子 質子 中 子夸克 原子核 【 科普 ｅ 世代 】 10 __UNDEF__ Story of Light 物 之 新理 *23 * 弱 相互 作用 玻色子 質量 最 重 的 ， 是 一 種 被 稱做 「 Z ° 粒子 」 的 粒子 。 它 的 質量 是 最 重 的 夸克 的 兩 倍 ，用 巨大 的 力量 迫使 兩 種 普通 粒子 結合 在一起 ， 便 可 生成 這 種 特別 重 的 粒子 。 粒子 相互 撞擊 可以 生成 由 其他 粒子 構成 的 粒子束 。 撞擊 的 能量 可以 轉化為 質量 ， 因而 所 生成 的 粒子 質量 可以 大大 超過 碰撞 前 的 粒子 的 質量 。 義大利 物理學家 卡洛‧魯比亞 在 1984年 首次 觀察到 這 種 粒子 的 生成 ， 因此 而 榮獲 諾貝爾獎 。 卡洛‧魯比亞 在 瑞士 日內瓦 近郊 工作 ， 他 所 用 的 實驗 設備 便是 「 大 正負 電子 」 對撞機 ， 通常 稱做 LEP 。 在 這 一 對撞機 中 ， 正 、 負 電子 產生 後 ， 穿過 長達 27.36 公里 的 圓形 管道 。 管道 保持 真空 狀態 ， 因而 不會 碰到 空氣 分子 。 一 束 電子 朝著 一 個 方向 ， 沿 一 個 圓圈 作 高速 旋轉 ， 另 一 束 正 電子 沿著 同 一 個 圓圈 朝著 相反 方向 作 高速 旋轉 。 它們 迎頭 相撞 ， 這樣 便 生成 了 另外 一些 粒子 。 如果 相撞 的 能量 合適 ， 便 可 生成 Z ° 粒子 。 LEP 的 建造 始於 1981年 ， 1989年 7月 最終 開始 投入 運行 ， 在 四 個 星期 內 ， 便 生成 了 第一 個 Z ° 粒子 。 LEP 並 不 是 第一 台 可以 生成 Z ° 粒子 的 設備 ， 在 美國 ， 已經 有 兩 台 不同 的 設備 用於 生成 Z ° 粒子 。 然而 ， LEP 能夠 精確 地 調節 所 產生 的 能量 ， 從而 剛好 適宜 於 Z ° 粒子 的 生成 。 這 就 意味 的 故事 發現 第二 個 愛因斯坦 * 24 * 【 第一 章 】 著 當 它 果真如此 運轉 下去 的話 ， 便 可以 成 批量 地 生成 Z ° 粒子 。 有 了 許多 個 粒子 ， 就 能 更為 精確 地 知道 每 個 粒子 有 多 重 ， 還可以 知道 Z ° 粒子 在 衰變 以前 能 維持 多 長 壽命 。 目前 ， 我們 所 知 的 Z ° 粒子 的 壽命 大約 是 千萬億分之一 秒 。 如果 我們 能夠 相當 準確 地 知道 Z ° 粒子 的 一些 性質 ， 相信 科學家 就 能 推算出 究竟 可能 存在 多少 種 輕子 和 夸克 。 除了 頂夸克 以外 ， 這些 粒子 都 已 被 發現 。 如果 結果 證明 瞭 只有 12 種 輕子 和 12 種 夸克 ， 那 就 最好 不過 了 ， 因為 那樣 我們 從 基本 粒子 認識 物質 結構 就 省事 多 了 。 當然 ， 情況 即便 如此 ， 仍然 有 可能 還 有 一些 既 非 輕子 、 夸克 ， 亦 非 玻色子 的 粒子 ， 它們 屬於 另外 的 類型 。 宇宙 可能 遠 比 我們 迄 今 所 知 的 要 複雜 。 【 科普 ｅ 世代 】 10 __UNDEF__ Story of Light 物 之 新理 *25 * 薛定諤 貓 將 一 隻 貓 關 在 箱子 裏 ， 箱 內 還 放 著 一 小 塊 鈾 、 一 個 充滿 毒氣 的 玻璃瓶 ， 和 一 個 由 檢測器 控制 的 榔頭 。 鈾 是 不 穩定 的 元素 ， 鈾原子 衰變 時 能夠 放出 射線 ， 但是 這 塊 鈾 非常 小 ， 或許 在 1 小時 中 只 有 一 個 原子 衰變 ， 也 可能 沒有 原子 衰變 。 如果 發生 衰變 ， 射線 觸發 檢測器 ， 就 會 驅動 榔頭 擊碎 玻璃瓶 ， 釋放出 毒氣 將 貓 毒死 。 如果 人們 使 整 個 系統 保持 1 個 小時 ， 在 此 期間 如果 沒有 原子 衰變 ， 毒氣 沒有 放出 ， 那麼 人們 會 說 ， 這 隻 貓 就 是 活 的 。 但是 ， 由於 鈾原子 在 何時 衰變 是 不 確定 的 ， 貓 的 生死 ， 其實 是 處於 一 種 奇特 的 狀態 之中 。 按照 量子 力學 的 解釋 ， 箱 中 之 貓 處於 「 死 ─ 活疊 加態 」 ── 既 死 了 又 活 著 ！ 這 就 是 著名 的 「 薛定諤 貓 」 理想 實驗 ， 就是說 ， 科學家 心 中 想像 中 的 實驗 ， 不一定 真的 去 做 了 。 薛定諤 （ 1887 ～ 1961 ） 是 奧地利 著名 物理學家 ， 量子 力學 的 創始人 之 一 ， 曾 獲 1933年 諾貝爾 物理學獎 。 薛定諤 貓 是 他 在 1935年 提出 的 關於 量子 力學 解釋 的 一 個 佯謬 （ 也 的 故事 發現 第二 個 愛因斯坦 * 26 * 【 第一 章 】 稱為 悖論 ） 。 量子 力學 是 描述 原子 電子 等 微觀 粒子 的 理論 ， 它 所 揭示 的 微觀 規律 與 日常 生活 中 看到 的 宏觀 規律 很 不 一樣 。 為 了 理解 這 個 佯謬 ， 我們 先 來 看看 海森堡 「 測 不 準 原理 」 。 「 測 不 準 原理 」 是 量子論 中 最 重要 的 原則 之 一 。 這 個 原則 指出 ， 不可能 同時 精確 地 測量出 粒子 的 動量 和 位置 ， 因為 在 測量 過程 中 儀器 會 對 測量 的 對象 產生 干擾 ： 測量 它 的 動量 就 會 改變 它 的 位置 ， 反過來 也 一樣 ， 測量 它 的 位置 就 會 改變 它 的 動量 。 要 解釋 測 不 準 的 問題 ， 我們 先 得 問 一 問 ： 什麼 叫做 測準 了 ？ 按 通常 的 理解 ， 「 測準 了 」 就是 精確 地 瞭解到 某 種 物體 的 某 種 性質 。 但是 ， 你 怎樣 才 能 瞭解到 那 個 物體 的 某 種 性質 呢 ？ 無論 用 什麼 方法 ， 你 都 必定 要 與 那 個 物體 發生 相互 作用 。 你 必須 把 它 稱 一 稱 ， 看看 它 有 多重 ； 或者 把 它 敲 一 敲 ， 看看 它 的 硬度 有 多 大 ； 再 不然 ， 你 就 得 直 盯 著 它 ， 看看 它 在 什麼 地方 。 而 這時 ， 就 必定