《物質之輕》:把「原子大小」變成可見宇宙半徑100倍的簡單方法

《物質之輕》:把「原子大小」變成可見宇宙半徑100倍的簡單方法
Photo Credit: Depositphotos

我們想讓你知道的是

如果你剛剛才掙扎著要從床上起身,或者你在經歷過漫長的一天後,才剛滿懷感激地帶著一本好書倒在安樂椅上,你可能會很難接受重力很微弱的事實。然而,在基礎層級上,重力確實相當微弱。荒唐的微弱。

文:法蘭克.維爾澤克

重力微弱嗎?是,實務上是

在公平的比較下,和其他基礎作用力比起來,重力在基本粒子之間的作用微弱得荒唐。

如果你剛剛才掙扎著要從床上起身,或者你在經歷過漫長的一天後,才剛滿懷感激地帶著一本好書倒在安樂椅上,你可能會很難接受重力很微弱的事實。然而,在基礎層級上,重力確實相當微弱。荒唐的微弱。

這裡有一些對比。

原子是透過電作用力維持的,帶正電的原子核和帶負電的電子之間有著電吸引力。想像我們可以把電作用力關掉,但是重力吸引力還在。重力可以把核子和電子維持得多緊密?猜猜看,一個以重力束縛的原子會有多大?跳蚤那麼大?不對。老鼠那麼大?也不對。摩天大樓?還是不對,再猜猜。地球?還差得遠呢。告訴你吧,以重力維持的原子大小會是可見宇宙半徑的100倍。

太陽造成的光線偏轉是鼎鼎有名的一種重力效應。英國遠征隊在1919年進行的相關觀測,是廣義相對論的一次勝利,也讓愛因斯坦一舉成為世界名人。整個太陽對附近的光子施加作用,可以偏轉其路徑達1.75弧秒,約略是1度的0.05%。現在,我們和強作用力對膠子的作用比較,幾個夸克就偏轉了膠子的直線路徑,其程度之劇,使得膠子可以在質子的半徑範圍內完全掉轉過頭,而且就這樣待在裡頭。

我們還可以做一個數字上的比較。因為電作用力和重力隨距離衰減的方式是一樣的(也就是呈平方反比),我們在任何距離都會得到同樣的比例。讓我們比較在一個質子和電子之間的電作用力和重力,電作用力大約比重力強10000000000000000000000000000000000000000倍,以科學計數法來寫,就是1040倍(你知道科學家為什麼偏好使用科學計數法了吧)。「吹牛!」吹毛求疵的批評者會說:「質子是複雜的物體,你應該比較在基本的基礎物體之間的作用力。」好吧,你這聰明的傢伙,但這麼做只會讓情況更糟!如果我們比較在兩個電子之間的兩種作用力,我們會得到一個甚至更大的數字,大約是1043,這是因為電子的質量比質子小,但是電荷強度是一樣的。

當你從床上起身,就是在使用昨天晚餐產生的化學能的其中一小部分,克服整個地球的重力拉力。任何嘗試藉由對抗重力來燃燒卡路里(舉重、做健美體操)的人都能證明,重力並沒有太投入這場對抗。一小點卡路里就可以用上非常久。

我再給你一個能說明重力有多微弱的測度。電磁輻射身負現代天文學的重責大任,從無線電碟形天線、光學望遠鏡,到X光衛星,都跟電磁輻射有關。電磁輻射同時也承擔現代通訊科技的重責大任,從傳統無線電、衛星(微波碟形天線),到光纖,也全都仰賴電磁輻射。相反地,儘管我們歷經英勇奮鬥,卻仍然從沒能偵測到重力輻射。

重力是主宰天文學的作用力,但這是因為其他作用力沒有出場。雖然別的作用力強大太多了,不過有吸引力也有斥力。正常來說,物質會達到精確的平衡,作用力互相抵消。電作用力暫時的不平衡(小小的那種)會導致雷雨;強作用力小小的暫時不平衡,則會引發核爆。大規模的平衡崩毀並不持久。然而,重力永遠只有吸引力。雖然重力在各別基本粒子的等級相當微弱,但會毫不留情地一直累加。溫柔的作用力有福了!因為它們必承受宇宙。

相關書摘 ►《物質之輕》:表面看來「重力」真的很微弱,但表象一定是騙人的

書籍介紹

《物質之輕:諾貝爾物理學獎得主的質量起源之旅》,貓頭鷹出版社出版
.透過以上連結購書,《關鍵評論網》由此所得將全數捐贈兒福聯盟

作者:法蘭克.維爾澤克
譯者:柯明憲

在21世紀,粒子物理學家一直期望一位新的達爾文來解釋粒子的起源……本書並不是達爾文的《物種起源》再現,而是比較像《小獵犬號航海記》,是一趟探索之旅的大眾化記述,描寫沿途地景以及新發現、尚待解釋的生物——數學物理學家戴森。

「如果有一天世界毀滅了,只能留下一句話給後世的倖存者,我想應該會是原子假說裡的這句話:『所有物質都是由原子組成。』」——核子物理學家理查.費曼。

費曼的這句話很美,可惜的是,他是錯的。至少在現在的科學家眼裡是錯的。從科學革命以來,科學家開始重新建構我們對這個世界的認知,而其中最基本、最重要,卻也最難以理解的,卻是這樣簡單的一個問題:「物質是什麼?」

牛頓在設計他的三大運動定律時,前提是所有物質的質量皆為守恆。然而,科學家們對質量的的定義與來源,卻一直沒有定論。重力和電力是怎麼產生的?甚至,質量真的是守恆的嗎?

在本書中,2014年諾貝爾物理學獎得主維爾澤克帶領讀者跟隨物理學家的腳步,探索物質的起源,了解世界的組織架構。

getImage
Photo Credit:貓頭鷹出版社

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航


猜你喜歡


《國際大風吹|行動講堂》Ep1:氣候變遷引發飢餓浩劫,我們如何即刻救援?

《國際大風吹|行動講堂》Ep1:氣候變遷引發飢餓浩劫,我們如何即刻救援?

我們想讓你知道的是

《國際大風吹|行動講堂》直播節目,由李漢威、蔡尚樺聯手主持,與資深媒體人范琪斐對談,帶領觀眾一窺全球正面臨的嚴重氣候變遷、迫切的糧食危機,以及世界展望會在全球各地展開的救援任務。

於5月3日首播的《國際大風吹|行動講堂》直播節目,由李漢威、蔡尚樺聯手主持,與資深媒體人范琪斐對談,除了帶領觀眾一窺全球正面臨的嚴重氣候變遷、迫切的糧食危機,也帶觀眾認識世界展望會在全球各地展開的救援任務,並邀請各界一同付出行動,與世界展望會一起集結眾人之力、力挽狂瀾,守護飢寒交迫的社區家庭與兒童,同時醫治急需挽回的自然環境。

人類生活正備受考驗,而此刻的我們仍有機會扭轉命運。

全球氣候變遷,引發嚴峻糧食危機

根據聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的報告,目前全球約有40%人口受到氣候變遷的影響,且約有33~36億人正生活在極易受到氣候變遷衝擊的環境中。當全球氣候變遷日益嚴重,人類與其依存的生態系統所要承擔的風險也就愈來愈高。

而全球極速暖化、氣候變遷帶來的極端氣象,也引發物種滅絕、蟲媒傳染病、生態系統崩潰、致命熱浪、缺水和農作物減產等後果。事實上,在NASA最新的研究也表示,最快在2030年,氣候變遷就會影響全球玉米和小麥的生產;而這項結論,也呼應了聯合國IPCC發布的《氣候變遷與土地報告》。如果不採取有效的因應措施,到了2050 年,氣候變遷將導致全球糧食產能下降5~30%。

image3
Photo Credit:TNL Brand Studio
研究指出,一旦全球升溫達攝氏2度,將有18%的陸地物種要面臨滅絕風險;而升溫攝氏4度時,恐怕有50%的物種將受到威脅,且如此衝擊在未來數百年內,幾乎不可能逆轉。

當家庭受困於飢餓,最大的受害者竟是兒童

image2
Photo Credit:TNL Brand Studio
目前,全球約77億人口當中,即有8.11億人營養不良,以及有1.61億人的糧食不安全。尤其,新冠肺炎爆發至今,遭逢飢荒危機的人數增加了6成,包括43國家有飢荒考驗,以及4,500萬兒童處於嚴重的營養不良;其中,更有45%的5歲以下兒童因此死亡。

氣候變遷導致乾旱造成農作物歉收,或是洪水沖毀農作物及房屋,導致資源更少,導致部落間及國家間為了爭奪資源而爆發衝突。更令人難過的事實是,兒童是對氣候影響最小的族群,卻是氣候變遷下的最大受害者。

由於在家庭生計捉襟見肘時,某些脆弱地區的家長,往往將童婚視為撫養子女的唯一辦法;此外,還可能迫使兒童從事危險的勞動工作以協助生計,卻讓他們處於剝削和虐待的嚴重危機。家庭暴力、人口販賣、童婚以及童工問題等,種種暴力不但嚴重影響脆弱兒童的身心狀況,也剝奪了兒童的基本權利與未來前途。

此外,來賓范琪斐也強調,氣候難民、飢餓危機已是現在進行式,且正在擴大蔓延中。當災難發生,首當其衝的是弱勢國家、弱勢人民,以及老弱婦孺等弱勢族群。這些處於社會底層的弱勢兒童,背負著悲慘命運,令人不忍卒睹。然而,除了感到悲痛沈重以外,我們也要知道自己是有能力做出改變行動的人。

h6_banner_640_360

世界展望會人道救援三大策略-緊急回應、調適、減緩

「一個地區的糧倉受到影響,生活在地球村的每一個人都必須共同承擔。」氣候變遷造成的毀滅性後果,迫使流離失所的人數創歷史新高,全球正在與本世紀最嚴重的飢餓危機抗戰,而你我都肩負起一定的責任。

例如:人道救援第一線的世界展望會,總是在第一時間搶救因遭受氣候變遷影響的區域和家庭,並針對緊急程度分別訂定短、中、長期的執行策略,恢復家庭與社區生活的韌性,提升居民災變的應變力與經濟彈性,以及促進兒童的長期福祉與發展。具體來說,世界展望會三大行動策略,包括:

  1. 緊急回應:世界展望會首先提供挽救生命的急迫性服務。例如:供給糧食、臨時居住所、乾净飲用水、簡單醫療設備,以及心理支持。
  2. 調適:世界展望會與當地社區一同尋求能有效減少氣候變遷危害的策略和措施,以事先預防的措施,減少損害、提升韌力,並開發有益當地生計的機會。
  3. 減緩:主要是針對溫室氣體減量,規劃長期措施。例如:透過減少排入大氣中的溫室氣體,或將溫室氣體以吸收儲存的方式,降低大氣中溫室氣體的濃度含量,以推遲、甚至避免氣候變遷發生,降低全球氣候變遷所帶來的衝擊。例如:在世界展望會的宣導下,當地居民改為使用低耗能爐具,取代傳統用大量燒木頭;或是運用生質沼氣煮飯系統,善用農業廢棄物、動物糞便產生沼氣,進而轉化成燃料,減少多於碳排。另外,世界展望會也會幫助地區建設太陽能等再生能源。
image4
Photo Credit:TNL Brand Studio
過去十年,世界展望會推行的「自然再生法」(FMNR,farmer-managed natural regeneration)幫助了超過百萬公頃亞非地區再生土地,有600萬人因為FMNR增加農穫,遠離飢餓。

若不立即作出改變行動,災難將迅速蔓延至全球各個角落,別等到發生到我們身上時,才後悔莫及。

為孩子迎戰氣候變遷!飢餓三十救援專線:(02)8195-3005 即刻救援動起來


33屆飢餓三十主視覺_banner640360

關於《國際大風吹|行動講堂》

由《國際大風吹》李漢威、金鐘主持人蔡尚樺聯手主持,每集《國際大風吹|行動講堂》直播節目將邀請重磅來賓,帶大家深入淺出、探討急需人們重視的國際議題,並呼籲各界付出實際行動,向需要幫助的人伸出援手,展開即刻救援。


猜你喜歡