5 Wool and Water: 遊戲1和量子商店
毛線與水
九
廿世紀前後有這樣的一個故事。廿世紀之前，有科學工作者 (譬如約翰·道爾頓36) 猜測物質是由原子構成的。
十九及廿世紀之交，理論物理學工作者在數學上逐步確立了原子的存在。
之後，實驗物理學工作者在實驗中發現了原子，但他們同時發現原子是由一個核和一些電子構成的，而原子核內有一些質子和一些中子。比如，氫原子含一個電子﹑一個質子及零個中子﹔氦原子含兩個電子﹑兩個質子及兩個中子﹔炭原子含六個電子﹑六個質子及六個中子。有一段時期，電子﹑質子和中子都被稱為「基本粒子」(fundamental particles)，它們是構成各類原子的基本要素。 1928年之前，它們被認為是物質的最小構件。
1928年後，情況開始「惡化」。
瑞士裔英籍理論物理學家保羅·狄拉克 (Paul Dirac) 提出了一個描述電子波函數的相對論性理論，他的方程式 (稱為「狄拉克方程式」) 預言了正電子 (電子的反粒子﹕電子的電荷為負) 的存在，換句話說，狄拉克預言了反物質的存在。
1932/33 年，帕特里克·布萊克特的雲室 (cloud chamber)37 證實了正電子的存在。事實上，狄拉克早預測高能撞擊能生成成對產生 (pair production) 過程，即每一個基本粒子都能產生一個反粒子。對化約主義者來說，這是麻煩的開始。
除此之外，當物理學工作者開始研究高能現象，他們發現每一個粒子都是複合系統，高能撞擊能夠產生任一 (未知的意思) 數目的粒子。所謂的「基本粒子」這個概念還有什麼意義﹖
提出不確定性原理 (the uncertainty principle) 的德國物理學家維爾納·海森堡 (Werner Heisennerg: 1901-1976) 感嘆道﹕「…任一粒子實際上乃由任一數目的其他粒子構成，這個說法有若干程度的真實性。」38
假如我們將鏡像世界中的貨架比擬為量子世界中的粒子，這個比擬 (只是一個比擬﹗) 是否饒有興味﹖愛麗絲置身其內的小店好像放滿了各種各樣的奇怪東西，但是每當她定睛看哪個貨架，想弄清楚上面有些什麼東西的時候，那個特別的貨架總是空的，而它旁邊的貨架卻總是顯得滿滿的。就好像粒子物理學家，越要往粒子的裡邊鑽，找到的粒子卻越來越多。在被光子高速撞擊之下，一個粒子能創造新的粒子 (數目不明﹗)。本來是實實在在的一個粒子，轉眼便「空」出來了。
近日 (2011 年年終)39 有很多關於所謂「上帝粒子」的報導，頗為誤導，給人一個「上帝粒子」就是最小最基本的粒子的錯覺。
「上帝粒子」只不過是美國實驗物理學家利昂．萊德曼 (Leon Lederman: 1922-2018) 的出版社為希格斯玻色子 (Higgs boson) 硬起的諢名。萊德曼本來是要開個玩笑，在其科普作品《上帝粒子：如果宇宙是答案，那麼問題是什麼？》(The God Particle: If the Universe Is the Answer, What is the Question?)40 中將量子理論的標準模型預測多年會存在但又找不到的希格斯玻色子昵稱為 「the Goddamn Particle」(該被上帝詛咒的粒子 / 口語化翻譯就是「那該死的粒子」)，但不知出於什麼原因 (宗教﹖市場﹖)，出版社不允，改稱為「上帝粒子」(God Particle)。
希格斯玻色子不是最終的基本粒子。
它只是歐洲粒子物理研究所的超級對撞機在其能力範圍之內可能找到的另一個新粒子。
但人類的超級對撞機已經接近極限，這是粒子物理學工作者的噩夢。
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36 John Dalton (1766-1844)，英國化學及物理學家，是現代原子論的創始者。出現在這個故事中的人名太多，我們只會在適當的地方引用一兩個較少為常人知曉的名字，其他則一律籠統稱為科學工作者或物理學工作者。
37 一種實驗裝置，為蘇格蘭物理學及氣象學家查爾斯·威耳遜 (Charles Wilson: 1869-1959) 的發明，方便捕捉粒子留下的軌跡。
38 Werner Heisenberg﹕Encounters with Einstein, and Other Essays on People, Places, and Particles, New Jersey: Princeton University press, 1983, 33。
39 本書寫成於2011年。 2013年，CERN (歐洲核子研究委員會) 宣佈他們的 LHC (大型強子對撞機) 在2012年做的幾個實驗中已觀測到希格斯玻色子的存在。
40 Delta Publishing House, 1994。
待續
