基礎交互作用與原力（第四部曲）：原力決選——阿宅物理（7）

本文與  益福生醫 合作，泛科學企劃執行

昨晚，你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎？這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾，甚至在腦海中數了幾百隻羊，大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程，讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇：你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠，我們得先認識身體的一套精密防衛系統：下視丘-垂體-腎上腺軸（HPA axis） 。這套系統原本是演化給我們的禮物，讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時，能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動，腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙)，這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性，讓我們在危機中保持清醒 。

然而，現代人的「劍齒虎」不再是野獸，而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說，身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

在理想的狀態下，人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後，身體會進入「修復模式」，此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點，讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素（Melatonin）接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號，它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素（Orexin）神經元，幫助大腦順利關閉覺醒開關。

然而，當壓力介入時，這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出，長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化，使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌，更會讓食慾素在深夜裡持續活化，強迫大腦維持在「高覺醒狀態（Hyperarousal）」。 這種令人崩潰的狀態就是，明明你已經累到不行，但大腦卻像停不下來的發電機！

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升，而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸，分泌更多皮質醇來試圖消炎，高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期（REM），導致睡眠品質變得低弱又破碎，最終形成「壓力－發炎－失眠」的惡行循環。也就是說，你不是在跟睡眠上的意志力作對，而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關：PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局，科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系：腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路，這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」，而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便，更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話，直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」（Psychobiotics）。

在眾多研究菌株中，發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發，累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」（First Night Effect, FNE），也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難，俗稱認床。科學家在進行實驗時發現，補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期（NREM）的睡眠長度，且入睡更快，起床後也更容易清醒。更重要的是，不同於常見的藥物助眠手段（如抗組織胺藥物 DIPH）容易造成快速動眼期（REM）剝奪或導致睡眠破碎化，PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力，它能有效縮短入睡所需的時間，並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現，即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理（Heat-treated），轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」（Postbiotics），其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點，讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中，科學家觀察到一個耐人尋味的現象：當詢問受試者的主觀感受時，往往會遇到強大的「安慰劑效應」，無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人，主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相，讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而，客觀的生理數據（Biomarkers）卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後，實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人（84.6%）出現了夜間褪黑激素分泌增加，且壓力荷爾蒙（皮質醇）顯著下降，這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統，而不僅僅是心理安慰。

最值得關注的是，對於那些失眠指數較高（ISI ≧ 8）的族群，這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後，不僅生理標記改善，連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間，以及焦慮感也出現了顯著的進步。

了解更多PS150助眠益生菌：https://lihi3.me/KQ4zi

重新定義深層睡眠：構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息，而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠，關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石，始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境，到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統，並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現，身體便能更順暢地啟動睡眠開關，回歸自然的運作節律。

與其將失眠視為意志力的抗爭，不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持，每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始，為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

本文由 肺纖維化(菜瓜布肺)社團衛教 合作，泛科學撰文

在現代醫學的警示清單裡，乳癌、大腸癌這些疾病大家都不陌生；但有一個「隱蔽且致命」的威脅卻常被忽視，那就是「肺纖維化」。其中最常見的類型「特發性肺纖維化」（IPF），其預後往往不太樂觀，確診後的五年存活率甚至比許多常見的癌症還低。

首先，我們得先破解一個迷思：肺纖維化並不是單一疾病，而是許多種間質性肺病的共同表現。當我們聽到「肺纖維化」，腦中常浮現「菜瓜布肺」的形象，患者的肺部外觀充滿一個個空洞與疤痕，像極了乾燥的絲瓜。這精準描繪了肺部組織逐漸硬化、失去彈性的過程。

更重要的是，IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性，一旦形成就很難逆轉。這跟部分 COVID-19 康復者身上、仍有機會復原的肺纖維化，是兩種完全不同的概念。

肺部為何會變成「菜瓜布」？

為什麼好端端的肺會變成菜瓜布？這其實是一場身體修復機制失控的結果。

「纖維化」的組織，就是肺部間質組織（interstitium）的疤痕化。間質是圍繞在肺泡周圍，包含血管與支持肺部結構的結締組織。在正常情況下，肺部損傷後會啟動修復機制，並再生健康組織。但在肺纖維化的患者體內，這套修復機制卻「當機」了。

身體會不斷地發出訊號，導致負責修復工作的「纖維母細胞」（fibroblasts）被過度活化，進而失控地沉積膠原蛋白疤痕組織，最終在肺部形成永久性的纖維化。

科學家發現，這個過程之所以棘手，在於它是一個「惡性循環」，肺部同時存在著「發炎反應」與「纖維化」這兩條路徑 ，它們相互加乘，演變成難以阻斷的強大破壞力。

雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ，但已知某些特定族群的風險更高。例如抽菸，特定年齡與性別(50歲以上男性)、長期暴露於粉塵環境的工作者(農業、畜牧業、採礦業…)、胃食道逆流者。此外，患有自體免疫疾病（如類風濕性關節炎、乾燥症、硬皮症、皮肌炎/多發性肌炎，）的患者，他們併發肺纖維化的機率遠高於一般人，必須特別警覺。

打斷惡性循環的挑戰，為何只對抗「纖維化」還不夠？

面對這個不可逆的疾病，醫學界長年束手無策，直到 2014 年才迎來一道曙光。美國 FDA 批准了兩種機制不同的新藥：Nintedanib 和 Pirfenidone。這兩種藥物的出現是治療史上的分水嶺，首度被證實能夠「延緩」IPF 患者肺功能的惡化速度。

然而，這場戰役尚未結束。現有的治療雖然帶來了希望，卻也凸顯了「未被滿足的醫療需求」。從機制上來看，這些藥物主要抑制的是「纖維化路徑」。

這讓科學界開始思考這個未被滿足的棘手問題：既然疾病的本質是「發炎」與「纖維化」的雙重打擊，那麼，我們是否能找到「同時抑制」這兩條路徑的全新策略，從而更有效地打斷這個惡性循環？

找到同時調控「發炎」與「纖維化」的新靶點

為了解決難題，科學家將目光鎖定在一個細胞內的酵素：磷酸二酯酶 4B（PDE4B）。

為什麼鎖定它？讓我們看看它的「雙重作用」機制：

1. 關鍵位置： PDE4B 同時存在於免疫細胞（與發炎有關）與纖維母細胞（與纖維化有關）當中。
2. 作用機制： PDE4B 的主要工作是降解細胞內一種叫 cAMP（環磷酸腺苷） 的訊號分子。cAMP 可以被視為細胞內的「穩定信號」。
3. 雙重抑制： 當我們使用藥物抑制了 PDE4B 的活性，細胞內的 cAMP 就不會被分解，濃度會隨之升高。高濃度的 cAMP 能穩定免疫細胞和纖維母細胞，同時產生抗發炎與抗纖維化的雙重效應。

簡單來說，鎖定並抑制 PDE4B，就像是同時抑制了免疫風暴與纖維化的工程，有望從雙從抑制打擊這個惡性循環。

全球臨床試驗帶來的新希望

近十年來，全球在肺纖維化領域投入了大量的臨床試驗，我們相信，在科學家逐步破解肺纖維化惡性循環的複雜難題後，期盼未來能為無數患者爭取到更安全、健康的生活與未來。

最後，我們必須再次提醒，特發性肺纖維化（IPF）與漸進性肺纖維化（PPF）是極具破壞性、且不可逆的疾病。面對這個比癌症更致命的對手，雖然現有的治療手段能延緩惡化，但無法逆轉已經形成的肺部疤痕組織，因此「早期診斷、早期治療」仍是對抗肺纖維化最重要的黃金時刻。

• 作者：林彥興｜EASY 天文地科小站主編、清大天文所碩士生，努力在陰溝中仰望繁星

萬眾矚目的詹姆士韋伯太空望遠鏡，在經過半年的校準與測試後，終於公開了它拍攝到的第一批成果。這些五彩斑斕、美麗絕倫的照片究竟是什麼樣的天體，照片的背後又有哪些深藏的意義？就讓我們一起深入解密，韋伯的第一批照片吧！

韋伯望遠鏡是什麼？

詹姆士．韋伯太空望遠鏡是美國、歐洲與加拿大太空總署合作開發的新一代旗艦級紅外線太空望遠鏡，也是無數天文學家夢寐以求、能幫助人類破解許多未解天文迷團的利器。

韋伯的研發其實早從 1996 年就已經開始，但是由於開發時遇到諸多困難，導致嚴重的預算超支與進度延宕，這台耗資上百億美金的超級望遠鏡，直到去年年底才終於從法屬圭亞那發射中心，用一枚亞利安 5 號運載火箭發射升空，前往距離地球 150 萬公里的日地第二拉格朗日點。

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• 延伸閱讀：史上最大口徑的 JWST 要如何塞進火箭？——認識韋伯太空望遠鏡（二）
• 延伸閱讀：太空巨獸 JWST 升空後的 150 萬里長征 —— 認識韋伯太空望遠鏡（三）

拉格朗日點是什麼？

日地拉格朗日點一共有五個。當物體在這些點上，其受到來自太陽與地球的重力恰到好處，因此太空船只需要少量的燃料，就可以長期與地球和太陽保持穩定的相對位置，可謂是地球軌道附近的風水寶地。

而韋伯繞行的，是位於地球後方的第二拉格朗日點，簡稱 L2。之所以選擇這裡，是因為只有 L2 的位置剛好會讓地球、太陽、月亮都在同一側，而這三個星體正是天文望遠鏡的主要紅外線光害來源。位在 L2 的韋伯，就可以用它的遮陽帆一次把三顆星體全部擋住，認真凝望遠方而不受干擾，因此 L2 可以說是觀測宇宙的絕佳地點。升空的幾個月之間，韋伯已經完成一系列的儀器校準工作，一步步把望遠鏡調整到最佳狀態。

• 延伸閱讀：淺談 JWST 的科學意義：探索宇宙深處與塵埃後的外星世界！——認識韋伯太空望遠鏡（四）
• 延伸閱讀：順利升空只是開始！韋伯太空望遠鏡升空後「必須完美」的 29 天旅程

相比知名前輩「哈伯太空望遠鏡」，韋伯的優勢不只是擁有比哈伯大六倍的鏡面，更重要的是它是以紅外線為主力觀測波段。宇宙膨脹造成嚴重紅移，但哈伯望遠鏡的守備範圍主要是可見光，波長範圍是 90 – 2500 奈米，可說是鞭長莫及啊。

這時換上以波長 600 – 28500 奈米的紅外線為守備範圍的韋伯，就可以讓我們看到更遙遠、更古老的宇宙。此外，同一個天體在可見光和紅外線看起來，往往長得相當不一樣。這個強大的紅外線觀測能力，正是韋伯最引以為傲的武器。

作為深具儀式感的第一批科學影像，韋伯這次公布的影像分別對應四個主要科學主題：早期宇宙、星系演化、恆星的生命循環與系外行星。

1. 早期宇宙—— 星系團 SMACS 0723 與重力透鏡效應

畫面中心黃白色的天體，是由成百上千的星系共同組成的星系團 SMACS 0723。在韋伯之前，哈伯太空望遠鏡就曾經花費數個禮拜的時間拍攝這個星系團。然而擁有更大鏡面、更精良儀器的韋伯，僅用了 12.5 個小時就拍出了解析度更高、畫面品質更好的照片，讓我們看到許多以前難以辨識的黯淡星系。可見哈伯與韋伯在觀測能力上的差距。

對天文學家來說，圖中最令人興奮的其實不是前景壯闊的星系團，而是後方這些經過重力透鏡扭曲和放大的小小星系們。星系團龐大的質量扭曲了周圍的時空，讓整個星系團好像一塊巨大的放大鏡一樣，可以偏折和聚焦通過的星光，稱為「重力透鏡效應」。

當星系團後方更遙遠、更古老的星系發出的光線通過星系團時，就會被星系團的重力透鏡效應偏折和聚焦，形成而圖中無數弧形的扭曲影像。

這些仍在襁褓中的小小星系，往往正在快速的孕育新的恆星，或是互相合併，因此有著混沌不規則的形狀。離我們越遠的星體發出的光，需要越長的時間才能到達我們的眼中。因此研究這些遙遠且古老的星系，能幫助天文學家理解宇宙早期的模樣。

2. 星系演化——史蒂芬五重奏（Stephan’s Quintet）

上一張照片讓我們認識星系的起源，這張「史蒂芬五重奏（Stephan’s Quintet）」則可以讓天文學家更仔細地研究星系內的複雜結構，以及星系與星系之間的交互作用。

正如其名，「史蒂芬五重奏（Stephan’s Quintet）」是由五個視覺上相當靠近的星系所組成。但其實最左邊的這個星系（NGC7320）與另外四者並無關聯，只是從地球上看剛好位在天空中差不多的位置而已。

圖片中偏向黃白色，感覺如絲綢般順滑的部分是在近紅外線波段拍攝，主要顯示的是星系中恆星的分布；而醒目的橘紅色，則是來自中紅外波段的資料，展示的是星系中的高溫塵埃，以及星系中的氣體高速對撞時產生的震波（Shock wave）。

除了影像，韋伯還使用光譜儀仔細檢視了影像中右上方的星系（NGC 7319）中心，因為那裏有一顆比太陽重 2400 萬倍的超大質量黑洞，正在吸食周遭的氣體，並在過程中釋放巨大的能量。

藉由觀察光譜的細節，韋伯可以分辨出像是氬離子、氖離子或是氫分子等等化學組成，甚至知道氣體的溫度、運動速度這些從一般照片難以辨識的資訊。

史蒂芬五重奏就像一個天然的實驗場，讓天文學家研究星系演化的詳細過程。

3. 系外行星——WASP-96 b 的大氣光譜

這一張照片可能是整批影像中，視覺上最不起眼的一張，它是系外行星 WASP-96 b 的大氣光譜。

最近 20 多年來，人類對太陽系以外行星的認識越來越多。截至今日，人類已經發現超過 5000 顆系外行星。然而，以現有的觀測技術，天文學家通常只能用一些間接的方法，測量它們的質量、半徑、軌道週期等粗略的特性。想知道這個行星是否適合生命生存，就不能少了行星大氣層的化學組成和溫度資訊。

那要怎麼取得行星的大氣資訊呢？當行星通過恆星跟地球中間時，恆星的一部分星光將會通過行星的大氣層，並被行星的大氣吸收。吸收的多寡和波段，取決於行星大氣層的溫度和化學組成等特性。此時，天文學家就可以藉由分析光譜中的各種特徵，去回推行星大氣層的性質。

圖片中的白點，即是韋伯實際觀測 WASP-96 b 時取得的光譜資訊。而藍色的線，則是天文學家認為最貼合觀測數據的理論模型。

根據這個觀測結果，天文學家計算出 WASP-96 b 的大氣溫度約為 725°C，大氣中明顯有著水氣，並推測可能還有雲和霾存在。未來進一步的分析和觀測，將為世人揭開更多系外行星的神祕面紗。

4. 恆星的生命循環——「南環狀星雲」與「船底座大星雲（Carina）」

最後兩張照片都與恆星的生命循環有關。正如人會有生老病死，恆星也是一樣。

恆星一般誕生在巨大分子雲中，氣體在重力吸引下逐漸塌縮、升溫並點燃核融合，成為一顆恆星。

當小質量的恆星步入晚年，其結構容易變得不穩定，最終將自己的外層氣體拋射出去，形成美麗的行星狀星雲，也將氣體吐回到星際空間中，成為下一代恆星的養分。氣體都拋射完之後留下的核心，就是白矮星。

• 延伸閱讀：宇宙「新」光──新星、超新星與千級新星

各位現在看到的，是暱稱「南環狀星雲」的行星狀星雲，左右兩張圖分別於近紅外線與中紅外線拍攝。

我們可以看到，左圖中的影像比右圖要更清晰一些，這是因為在相同的望遠鏡口徑下，波長越短所能達到的理論解析度就越高。

有趣的是，在左圖中看起來位於星雲中心的明亮恆星，其實並不是行星狀星雲的核心。真正的核心其實是在其左下方，一顆被塵埃包裹著的黯淡白矮星。在近紅外線波段的影像中，這顆白矮星幾乎淹沒在隔壁恆星的炙烈星芒之中。

但在中紅外波段，由於恆星的亮度相對降低，包裹著白矮星的塵埃發出的光就變得清晰可見。再次展示即使是同一個天體，使用不同的波段進行觀測，往往可以看到不同的東西。

最後這片壯麗的宇宙山崖，則是位於「船底座大星雲 Carina」西北角的 NGC3324 恆星形成區。在這裡，源自星雲中無數初生恆星所發出的炙烈輻射、恆星風與噴流，吹散、游離了星雲中原有的濃密氣體與塵埃。交織出這片壯闊而複雜的結構。

這張照片一共結合了這六個不同的濾鏡的影像拍攝而成。每個濾鏡涵蓋的波段各不相同，代表的物理意義也不一樣。比如（F090W、F200W、F444W）這三個寬帶濾鏡，分別在影像中按照波長順序，以藍色、綠色和紅色這三原色呈現，為照片打下骨幹。而在此之上，照片的製作團隊又疊上青色代表氫原子的（F187N）濾鏡影像，以黃色代表氫分子的（F470N）濾鏡影像，以及用橘色代表甲烷和多環芳香烴的 （F335M） 濾鏡影像，為照片再添更多的細節。

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想要將這麼多個波段的影像全部結合起來，仔細調整讓細節更加突出，最終呈現出一張如此絢麗又震撼的照片，是非常不容易的。這展示了韋伯太空望遠鏡不僅在科學上相當重要，在藝術上也價值非凡。

最後別忘了，以上只挑選介紹了第一批資料中最具代表性的幾張，更多關於五個目標的照片和光譜，可以在韋伯的官網上找到。而這批照片，又只是韋伯未來二十年服役生涯中，前兩個月的小試牛刀而已。韋伯的時代，才剛剛要開始！

在沒有很久以前、也沒那麼遙遠的銀河系裡……[1]
為找出原力的祕密，我們探索了作為基礎交互作用的電磁力、弱力、強力和重力。然而，原力並不在其中，我們心裡也忍不住起了疑惑……

在前三回，我們討論了目前已知的四種基礎交互作用（電磁力、弱力、強力和重力），以及它們的基本原理。很可惜地，當中並沒有原力。不過，在這四種基礎交互作用中，有沒有可能存在著與原力性質類似的力呢？

交互作用的距離

原力最為人熟悉的用途之一，是能隔空取物。在《星際大戰第五部曲：帝國大反擊》（舊三部曲的第二集），絕地大師尤達便向年輕的主角路克示範原力，將太空船從沼澤裡升起；類似的情節也反覆出現在星際大戰各集之中。

針對這一特點，我們可以從既有的基礎交互作用性質，做一些比對和猜測。以前曾提及的電磁力、弱力、強力和重力，適用範圍其實各有不同。弱力和強力基本上只作用在比原子更小的尺度；電磁力和重力則不受距離限制，整個宇宙都是它們的發揮空間。除此之外，各交互作用的強度也大不相同；在四者皆能產生作用的距離下，強力最強，電磁力次之，弱力排第三，重力最微弱。若以表格呈現，大致如下：

從上表看來，既然原力可以遠距離移動物品，作用範圍極短的弱力跟強力只能出局了。而根據我們日常生活經驗，重力和電磁力也確實能夠從很遠的地方就發揮作用。例如，地球磁場雖然是在地球內部生成，卻能夠影響我們手中的指南針；我們從高樓丟出物品，地心引力可以隔空作用使其下墜。

遺憾的是，雖然重力和電磁力原則上都可以對遠處物體作用，人類卻不具有操控重力的能力和技術。若想利用重力做到如星際大戰電影中自由移動物體的效果，要麼學《航海王》的海軍大將藤虎借助重力果實的能力，抑或等待我們對重力有更深層的了解，才有一絲希望。

相較之下，我們對電磁力倒是有一定程度的掌握。俄羅斯裔荷蘭兼英國物理學家安德烈．蓋姆（Andre Geim）便曾利用水的反磁性[3]成功使青蛙漂浮在空中，並因此得到西元 2000 年的搞笑諾貝爾物理獎[4]。只不過，電磁力的使用很大程度受到物體所帶電荷、或物體本身性質的限制，要作為原力並不是那麼理想。

• 利用強大磁場以及水的反磁性，使青蛙漂浮在空中。

交互作用的統合

提到重力和電磁力的作用範圍都是無限遠這件事，或許會讓不少人回想起（並沒有），根據以前國、高中物理課所學，重力和電磁力，似乎有不少相似的地方。例如，兩個質點間的重力／電磁力大小，跟其質量（電荷）乘積成正比、和彼此距離平方成反比；再者，兩者也都以光速傳遞。如果你有這樣的疑惑，那麼你想的跟物理學家想的，其實概念相去不遠。

愛因斯坦在完成相對論之後，晚年花費大量時間與精力，想要把當時已知的基礎交互作用──重力和電磁力──統合在一起。這不是突發奇想，類似的事情在歷史上也曾發生過：電和磁相關的物理現象一度被人們認為分屬兩個不同領域，直到十九世紀後半，馬克士威（James Clerk Maxwell）以統一的架構描述二者，電和磁才合併為電磁力。只要簡單搜尋一下馬克士威方程組（Maxwell’s equations），就會發現它同時包含了電場和磁場，而且兩者互相影響。

很可惜地，愛因斯坦的嘗試以失敗作終；至今也沒有人成功合併重力和電磁力。以後見之明來看，愛因斯坦是註定要失敗的：在他的年代，物理學家對弱交互作用所知不多，強交互作用更尚未被發現。少了兩種基礎交互作用可以參考，愛因斯坦、或其他任何人，都不可能在資訊不足的狀況下統合電磁力和重力。事實上，在四種交互作用中，重力是最難被整合在一起的。根據前面的表格，我們可以看到重力跟其他作用力相比，微弱到不可思議的地步！要如何在同一個理論下，自然地統合重力和其他力，讓物理學家傷透了腦筋（但這還不是最麻煩的）。

愛因斯坦的未竟之業，在 1960 年代終於有了轉機。因著格拉肖（Sheldon Glashow）、薩拉姆（Abdus Salam）和溫伯格（Steven Weinberg）等人的努力，電磁力和弱力被成功統合為電弱交互作用（electroweak interaction）[5]。兩者乍看雖差距甚大，但在極微小的尺度（或夠高的能量）下，卻能夠被表述為電弱交互作用的不同面向。類似於，在日常的磁力實驗（想像我們拿兩個磁鐵互相靠近），我們只看到磁鐵的互相吸引或排斥，好像跟電沒什麼關係；但在某些狀況、或特別設計的實驗下，我們就能觀測到磁場和電場互相影響的情形。同樣地，只要尺度夠小，看似非常不同的電磁力和弱力，都可以用電弱交互作用一併描述。

儘管在統合基礎交互作用的目標上有了初步進展，強力和重力卻依然故我、獨立存在，不跟弱力和電磁力發生關係。這部份也跟人類的科學技術有關──強力和重力預期要在更小（遠超目前人類實驗所能及）的尺度，才會顯現出它們跟其他交互作用的連結。換言之，我們不但沒辦法從實驗得到太多暗示，即使我們有了好的理論，也難以驗證其正確性。這都有待未來物理學家的持續挑戰。

原力的最可能候選？

那麼，原力還有沒有其他特徵，可以讓我們更好地跟現有的交互作用比對呢？在《星際大戰第四部曲：曙光乍現》裡，歐比王對天行者路克是這麼解釋的：「（原力）是所有生物形成的力場，它在環境中，在我們身上，它維繫銀河於不墜。」根據歐比王的形容，國外鄉民紛紛猜測，原力一定是指萬用膠帶！「畢竟萬用膠帶（跟原力一樣）也有光明面和黑暗面，還可以把東西黏捆聚集在一起……」

不過，若說到基礎交互作用，重力似乎最符合「維繫銀河於不墜」的描述。我們知道，就是因為太陽龐大的引力，太陽系裡的所有行星才能繞著太陽轉，形成一個系統；銀河系裡的所有恆星系統，也都在重力作用下圍繞銀河系中心運行。又或者說，整個宇宙的演化，乃至星系、恆星，和行星的生成，重力都扮演了關鍵性的角色。如果硬要在四種基礎交互作用中選出一種充當原力，重力可說是最恰當的候選者。不過其實，要保持宇宙的現有樣貌，四種交互作用缺一不可；組成我們身體的原子，也同時受到所有交互作用的影響。

交互作用和心靈控制

等等！星際大戰中，原力可不只是拿來搬搬石頭、維繫銀河這麼簡單。在《星際大戰第七部曲：原力覺醒》裡，女主角芮甚至用原力改變帝國風暴兵的心智，而得以從拘禁中逃脫。這是怎麼回事？重力做得到嗎？

確實，就我們目前所有的科學知識來說，用基礎交互作用來操縱心靈這種事是無法想像的。所以，我們只能腦洞全開，設想如下的腦補極大化三部曲，分別對應到括號裡三個非常困難的科學問題。

一、假設我們跟海軍大將藤虎一樣吃了重力果實，或用某種科學技術，可以自由控制重力的大小和方向，壓過其他交互作用的影響並操縱所有物體，包括原子和次原子粒子。（我們有可能操控重力嗎？）

二、假設人的意念和思考完全由大腦決定，或說，由大腦的原子結構決定。儘管現實上，我們對於大腦原子結構如何能產生意識幾乎一無所知。（意識從何而來？）

三、那麼或許，能夠自由控制重力以操縱大腦的原子結構，就等於能夠自由操縱人的思想。（思想和記憶如何對應到大腦組成及其原子結構？）

這邊必須強調，以上三個問題，沒有任何一個在近未來看得到顯著進展。在此的討論純為原力探尋之旅做個補完。

原力探尋之旅的終點

我們在〈基礎交互作用與原力〉系列共四篇文章中，討論了目前已知的四種交互作用，以及它們的統合；很可惜地，它們並無法完美對應到星際大戰中的原力。雖然不能排除未來發現新的基礎交互作用的可能性，但其擁有原力全部特徵的機會恐怕是微乎其微。

絕地大師尤達在《星際大戰第五部曲：帝國大反擊》曾形容：「生命創造原力，使之成長。」或許這樣的描述，更適合留在文本裡，與七龍珠的「氣」、火影忍者的「查克拉」、或是聖鬥士星矢的「小宇宙」互相對照吧。願原力與你同在！

注解：

• [1] 請參考電影〈星際大戰（Star Wars）〉。該系列電影開頭總會有 “A long time ago in a galaxy far, far away….” 的跑馬燈字幕。
• [2] 必須注意的是，交互作用強度實際上依情況而定，這邊的數字只是大概，而非精確數字。
• [3] 反磁性（Diamagnetism）指的是，當某些物質處於外加磁場中，其內部會感應生成相反方向的磁場，使得該物質對外部磁場產生排斥現象。
• [4] 他更因「在二維石墨烯材料的開創性實驗」獲頒 2010 年的諾貝爾物理獎，成為至今唯一一位既獲得搞笑諾貝爾獎，也獲頒諾貝爾獎的得主。
• [5] 三人因此得到 1979 年的諾貝爾物理獎。

參考資料：

• David Griffiths (2008) Introduction to Elementary Particles, Second Edition.