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昂貴的粒子物理基礎研究值得嗎?你一定用過CERN發明的這個東西!──《到世界頂尖實驗室 CERN 上粒子物理課》

臉譜出版_96
・2018/02/26 ・3811字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 535 ・七年級

昂貴的粒子物理基礎研究值得嗎?

基礎研究如大強子對撞機的建造成本很高,每個人都有權利詢問是不是值得。圖/Image Editor@flickr

粒子物理學的基礎研究當然是非常有趣的,但它也是很昂貴的。舉例來說,歐洲核子研究組織(European Organization for Nuclear Research,簡稱為CERN )大強子對撞機的建造成本(包括人員、儀器研發和建造材料)約為 30 億歐元(約 33 億美元)。超導環場探測器本身的建造費用為 4.55 億歐元(5 億美元)。儘管這個數字看起來很大,但歐洲核子研究組織 8.25 億歐元的年度預算(約 9 億美元)只相當於每個年紀大到可以喝咖啡的歐洲公民喝一杯咖啡加總起來的費用。

但是這筆金額還是很龐大,所以每個人都有權利詢問這筆錢是不是花得值得。

在此,我將解釋投資於研究的經費不僅在經濟上帶來百倍以上的回報,而且可以造福整個社會。由於基礎研究帶來了科技上的突破,醫療技術和通信技術因而有所進步。物理學基礎研究徹底改變了我們的生活方式,而且改變還在持續當中。

以歐洲核子研究組織為例

在本文中,我主要以歐洲核子研究組織作為例子,因為它是目前最大且仍在運轉當中的國際性粒子物理學研究實驗室。

日本的 J-PARC(Japan Proton Accelerator Research Complex) 是一個多用途研究中心,他們也使用質子加速器。其他實驗室,如美國的 SLAC 國家加速器實驗室(SLAC National Accelerator Laboratory) 和費米實驗室(Fermi National Accelerator Laboratory, FNAL)以及德國的 DESY 一直到不久以前都還是非常活躍的粒子物理學研究中心,但他們的加速器目前已經停止運作。費米實驗室的主注入器(Main Injector)則仍在運轉中,為 MINOS、Minerva 和 NOVA實驗供應微中子束。其他實驗則正在等待批准或仍在前置興建階段。還有其他幾個較小的研究中心,例如加拿大薩德伯里的微中子觀測站實驗室(Sudbury Neutrino Observatory Laboratory, SNOLAB),日本的高能加速器研究機構(KEK)和義大利的 Gran Sasso,這些研究中心都是專門研究微中子物理和暗物質搜尋。最近,有參與粒子物理學研究的所有國家決定在大型國際實驗合作計畫中共享資源(例如歐洲核子研究組織正在進行中的實驗合作計畫)。

每年有來自約五十個不同國家的二百五十名學生參與歐洲核子研究組織的暑期課程。這些學生不僅各種研究中都有貢獻,還與來自世界各地的年輕人交流。資料來源:歐洲核子研究組織

粒子物理學基礎研究的回報並不必然都是直接的。舉例來說,目前沒有人知道希格斯玻色子將來會不會有實際的用處,很可能不會!我們並不是因為期待希格斯玻色子能夠解決人類的大問題而做這個研究的。相反的,該研究的目的,是為了能更了解我們周遭的物質世界,並將提高我們的知識層次。

所以說,基礎研究實驗室的首要任務是滿足人類對知識的深度渴求。自從人類存在以來,人們一直都想知道自己的起源和命運。但這些實驗室其實還有其他三個主要目標:為科技發展作出貢獻培養高度專業的人力以及(就國際實驗室而言)透過科學研究促進和平與國際合作

基礎研究帶來燈光,而不止步於漂亮的蠟燭

不過,我們不該低估任何新發現的潛力。誰能預言一百年前物理學家在電子和電磁波上的研究,會對我們今日的生活產生如此驚人的影響呢?一件軼事(即便它有點爭議)可以用來說明這一點。據說英國財政大臣(即財政部長)曾質問法拉第(Michael Faraday)他的電學研究是否有任何潛在用途時,法拉第顯然回答說他不知道可以做什麼用,但法拉第補充說:「先生,將來有一天你可能可以課它的稅」。

正是對電學的基礎研究,徹底改變了我們的生活,讓我們的閱讀不再使用蠟燭。圖/MSphotos@pixabay

電子和電磁學的研究帶來了電子用品、電信和電腦的發展。過去幾個世紀中,物理學家的研究成果和技術人員和工程師的專業知識相結合,並將發現應用在現實中,進而重塑了我們的日常生活。如果沒有物理學的基礎研究,我們今天就會靠燭光閱讀。正如一位同事向我指出的,我們肯定會有非常漂亮的蠟燭,但就只是蠟燭。基礎研究不僅對我們的生活產生重大影響,而且也啟蒙了我們的精神,使人類擺脫了無知的沉重負荷。

不管在理論還是在實驗,好奇心都引導了基礎研究。基礎研究必須不受到限制,使想像力和創造力得以自由流動。縱使無法保證一定能夠發現什麼,但物理學家必須檢視所有的可能。另一方面,應用研究的目的,在於為具體的問題找出實際的答案,它以基礎研究為本,帶來了科技突破,並有更進一步的發展。物理科學應用於其他學科之中,也在各個工業領域當中扮演了重要的角色。從經濟的角度來看,物理學影響著整個社會,我們在本章中將看到,物理學在各領域、各方面的成績,已在日常生活當中影響我們每一個人。

對各國的經濟回報

已有幾份研究試著評估基礎研究對經濟所帶來的影響。經濟與商業研究中心(the Centre for Economics and Business Research, CEBR)為歐洲物理學會(European Physical Society)所做的研究很具啟發性。這份研究是從科技和科學的角度評估基礎研究對歐洲物理學的產業所造成的影響。因此,它涵蓋了所有仰賴電機工程、機械和土木工程、能源、計算、通信、設計製造、運輸、醫學和航空的經濟活動。

仰賴物理學的產業對於歐洲個過總收入之貢獻的百分比,這些國家以其雙字母代碼表示:DE為德國、FR為法國、GB為英國、IT為義大利、ES為西班牙、NO為挪威、NL為荷蘭、CH為瑞士等。 資料來源:歐洲物理學會

2010 年的統計指出,仰賴物理學的產業共為歐盟的 27 個國家、瑞士和挪威創造了 3 兆 8000 億歐元的收入(上圖),相當於這些國家總收入的 15% 左右,超越了零售業的總額。總共有 1 千 5 百 40 萬人在這個產業工作,也就是歐洲總勞動人口的 13%。

促成跨時代的科技發展

在大強子對撞機中,4-緲子候選事件示意圖。圖/ ATLAS, Collaboration @wiki

正如我們在整本書中所看到的,當今粒子物理學的研究需要高度精密複雜的工具才得以進行。通常在設計階段,大型實驗所需的技術並不存在,這些技術必須在過程當中被開發出來,特別是像大強子對撞機這樣二十年前就開始籌備規畫的超大型計畫。大強子對撞機的建造工程,使得若干技術超越當時的疆界,過去從不曾有任何儀器會用到如此強大的超導磁鐵,更不用提這整個計畫的規模,超導、極度真空和極度低溫相關的技術都因此而有很大的進展。

大型實驗合作計畫的所有測量設備也是如此,大強子對撞機所使用的偵測器都需要更高的抗輻射能力以及更高性能的電子模組,在承受極端輻射水平的同時,還要能夠高速與大量採集數據。這個需求提供了建造網格(Grid)的動力,網格是一個龐大的計算機網絡,串聯了成千上萬台遍布在世界各地的電腦,提供了大強子對撞機實驗所需的計算能力。

技術方面的進步已化為現實,並應用在各式各樣的產業中。簡單舉幾個例子,這些應用包括了配有光纖的濕度感測器、使用永久磁鐵之引擎的隔膜系統、設計印刷電路板的開放原始碼軟體,以及 3D列印的附加處理技術。

全球資訊網──來自歐洲核子研究組織的最好的禮物

某些發現也對大部分地球居民的日常生活有直接影響。例如歐洲核子研究組織最成功的結果:全球資訊網(World Wide Web)。全球資訊網深遠地改變了我們取得訊息和知識的方式(包括新興國家),從而影響到地球上數十億人的日常生活。

提姆‧伯納斯-李在歐洲核子研究組織工作時發明了全球資訊網。這張照片攝於1994年,當時他正坐在一個電腦螢幕前面,而螢幕上顯示的正是世界上第一個網頁。根據資料,全球資訊網每年刺激了市值 1.5 兆元的商業交易量。資料來源:歐洲核子研究組織

到目前為止,歐洲核子研究組織對人類最大的影響並不是發現了希格斯玻色子,而是發明了全球資訊網(World Wide Web,簡稱WWW)。全球資訊網是由提姆.伯納斯─李(Tim Berners-Lee)和他的團隊於 1989 年開發出來,當時他在歐洲核子研究組織工作,而當初開發的目的是為了要解決一個影響到歐洲核子研究組織成千上萬名研究人員的問題。科學家們需要一個能有效交換訊息的通訊方式,大多數這些物理學家經常在他們自己的研究機構和實驗室之間穿梭,以參與各種研究活動。為了讓這些物理學家可以彼此交換訊息而不需在行李箱中拖著幾公斤列印出來的文件,全球資訊網於焉而生。

如果說伯納斯─李是一位有遠見的人,那麼我們也可以說歐洲核子研究組織具有非常前瞻的想法,決定將全球資訊網開放給全人類使用,而不要求任何版權收入。由於歐洲核子研究組織的研究是受到公共資金資助,因此我們也希望全球資訊網能使每一個人都受益。網路使得資訊可以在世界上任何地方流通和取得,誰能忽視這個溝通工具對我們的生活所產生的影響呢?

粒子物理學界有愈來愈多人認同「開源」(open-source)的觀念,例如像是知識可以自由、免費地共享,並且透過網路傳播開來。歐洲核子研究組織的實驗結果已經不再只發表在昂貴的專業期刊上,現今所有的資訊都可以在「開源」社群媒體中取得。不僅在科學出版方面是如此,有些軟體也是以合作和共享的精神和其他的機構、業界或社會共享。這樣可以確保來自新興國家的大學和機構不至於處於劣勢。

 

 

本文摘自泛科學2018年2月選書《到世界頂尖實驗室 CERN 上粒子物理課》,臉譜出版

 

 

 

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臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。


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〈長髮公主〉隱含女性不孕的問題?你所不知道的童話剖析——從榮格心理學分析童話的隱喻

Bonnie_96
・2021/08/06 ・4366字 ・閱讀時間約 9 分鐘

編按:動畫故事近年翻案頻頻!網上流傳著《神隱少女》的千尋隱喻雛妓、《龍貓》的大龍貓隱喻死神的種種都市傳說。本文借用分析心理學開山祖師榮格的視野,一探動畫文本中的隱含義?

《咒術迴戰》中的七海健人有云:「枕邊掉的頭髮越來越多,喜歡的夾菜麵包從便利商店消失,這些微小的絕望不斷積累,才會使人長大。」——泛科《童年崩壞》專題,邀請各位讀者重新檢視童年時期的產物,讓你的童年持續崩壞不停歇 ψ(`∇´)ψ

看過迪士尼動畫電影《魔髮奇緣》的你,想必對樂佩公主的 70 英尺長(約 21.3 公尺)的金髮印象深刻。這部取材自《格林童話》中〈長髮公主〉(又譯萵苣公主)的動畫電影,背後有哪些難以窺見的隱喻呢?本文將以榮格童話分析來討論〈長髮公主〉,這個故事其實隱含女性渴望生育的訊息。各個角色如何以不同方式呈現相同的焦慮?最後他們又是如何化解這樣的渴望?讓我們繼續看下去!

迪士尼動畫《魔髮奇緣》中樂佩公主的金色長髮。圖/Giphy

先來談談,什麼是「榮格童話分析」?

在深入分析〈長髮公主〉的隱喻前,得先來介紹什麼是「榮格童話分析」。

一提到童話,大家腦中馬上浮現罐頭開場「在很久、很久以前」。緊接著,主角一定會遇到三次困難。不管挑戰如何困難,都能迎刃而解。最後來個華麗結尾「公主與王子過著幸福快樂的日子」。

專屬於孩童讀物的童話故事,卻對瑞士心理學家榮格(Carl Jung)十分重要。他認為不會受限各歷史文化、能被大眾喜愛的童話,是人類集體無意識(Collective unconsciousness)中最原始的結構

最重要的是,如何詮釋童話中的隱喻與象徵。因為要找到進入更深層集體無意識的方法,就需要找出並分析這些深藏在童話中的原型(archetypes)和隱喻。並能從童話中,更認識心靈運作的模式和歷程。

原型,是一種集體無意識(Collective unconsciousness)的結構。它會存在各種心靈活動當中,我們通常很難從意識中直接捕捉。包含會在神話、童話故事、宗教,以及藝術等中發現。 像是接下要談的〈長髮公主〉,或是大家熟知的〈睡美人〉、〈白雪公主〉等童話,必定都會出現美公主、帥王子、壞巫婆三種典型的角色,這其實就是榮格心理學中的原型之一

壞巫婆是童話三種典型角色之一。圖/Giphy

常被提及的原型圖像,還包含:阿尼瑪(anima)、阿尼姆斯(animus)、陰影、老者、孩子,以及魔法師等。其中,陰影(shadow),則是不符合社會規範及道德標準的特質。像是自私、軟弱、貪心等。因為存在無意識中,所以不容易被個體所覺察的內容。

而「阿尼瑪」和「阿尼姆斯」則是比陰影更深層的無意識內容。阿尼瑪是男性中的女性特質,阿尼姆斯是女性中的男性特質。會因為不同的社會文化、個人發展有不同的顯現程度。

在我們的一生中,只能真正體驗或是理解幾個原型而已。但透過童話,我們能夠認識更多不同原型的運作方式,以及集體無意識的運作歷程。

正如,榮格童話分析最權威的代表人物瑪麗-路薏絲.馮.法蘭茲(Marie-Louise von Franz)在《解讀童話:從榮格觀點探索童話世界》一書中提到,「童話是集體無意識心靈歷程中,最純粹且精簡的表現方式,⋯⋯童話以最簡要、最坦誠開放且最簡練的形式代表原型。在此一純粹的形式中,原型意象提供我們最佳的線索,以了解集體心靈所經歷的歷程。」

榮格童話分析最權威的代表人物 Marie-Louise von Franz。圖/Amazon

人人熟悉的〈長髮公主〉,其實在談不孕?

從前有一對夫妻,結婚很久,他們非常想要一個孩子。但多年過去了,他們都得不到孩子。最後,女人向上帝請求,希望能賜予他們一個孩子。
房子的後方有個小窗戶,可以看到一座美麗的花園,裡面有著奇花異草。但是,花園四周環繞著高牆,誰也進不去。因為它的主人是法力高強的女巫,人人都很害怕她。
有天太太極度想吃女巫花園內所種的萵苣,難以拒絕的丈夫只好去三番兩次去偷來給太太吃。某天被女巫抓到,丈夫不斷向她賠罪,後來不得不答應巫婆的交換條件——「萵苣可以讓你們隨便採,但你們的小孩生下,要交給我。」

從榮格學派童話分析的觀點來看,每個童話故事都會提出一個精神世界,等待被解決的問題。尤其,故事開場的第一段,就決定精神世界的方向。也就是人類共同面臨的某種困境。而故事的情節與鋪陳,是這個解決方案的演繹。

所以從人物設定可以發現,長髮公主的父母及未來的養母(女巫)都至少有「生育困難」及「想要孩子」的其中一種困境,這不但是文本中推動劇情的關鍵要素(促成雙方用萵苣吃到飽交換長髮公主的撫養權),也反映了現實中一般家庭被賦予傳宗接代這種社會責任所衍生的生育焦慮。

貫穿整個故事的核心主題「無法生育」。圖/Pexels

同是身為女性的妻子及女巫,兩人卻擁有不同、甚至是對立的生命議題。動畫中的妻子,象徵著傳宗接代、照顧家庭的責任,以及成為母親與妻子的女性能量。 

相反地,女巫則是象徵著傳承智慧、帶有純潔,沒有小孩的女性能量。若以現代社會類比,就類似在專業領域中佔有一席之地的女性,能夠靠著才華及知識過著自給自足的生活,選擇不進入婚姻、不投入家庭

兩種不同的角色,雖然有各自的生命議題,可是在文本中都指向同樣的「生育焦慮」。這裡的生育焦慮不只是生理上的無法生育,它背後潛藏人類心靈創造力的枯竭,更是一種對「創造希望」與「新的可能」的渴望。

這樣的渴望和能量,也驅動雙方有了接下來的行為——偷竊。從對方那裡,偷些原本不屬於自己的東西。妻子央求丈夫從女巫花園偷些萵苣,而女巫則是以童話故事慣用手法「交換」取得對方的孩子。

王子闖入「禁忌高塔」,象徵公主逝去的童貞

時間很快地過去了,生下來的女嬰就被命名為拉芬采兒(Rapunzel;意譯萵苣)。在小女孩滿12歲的那年,女巫決定將她送到森林深處,把她關在一座高塔裡。這是沒有門、沒有樓梯的高塔,她就過著禁錮生活。
「拉芬采兒、拉芬采兒,垂下妳的長髮!」每當扶養她的女巫要送飯菜過來時,就會在塔下呼喊她名字。要她放下一頭金色長髮,讓女巫可以藉由爬髮從窗戶進入塔內。
有天,王子騎馬路過森林,被拉芬采兒的歌聲所吸引。在白天,觀察完女巫進入塔內的方法後。隔天夜晚他模仿女巫的通關密語,進入塔內。當拉芬采兒看見陌生男子,簡直嚇壞了。但聽完王子溫柔的自我介紹後,兩人瞞著女巫多次在高塔幽會,日久生情後,拉芬采兒也答應王子的求婚。直到王子帶足夠的線繩能夠編成梯子,就能帶她遠走高飛。

從開場到故事的中段,出現兩個榮格學派所說的「禁忌空間」。分別是女巫的花園,以及拉芬采兒所居住的高塔。兩個場域,都是人無法輕易進入的空間。因為無法輕易接近,往往禁忌會帶有神聖性的意義與象徵。

將正值青春期的拉芬采兒關在高塔中,有種與外界隔絕、刻意孤立他人的意味。女巫所做的其實正是在呵護少女的純潔狀態,讓她維持在未受外界玷汙、最完美的心靈。

然而,王子進入塔內的那刻起,象徵禁忌的高塔,也不再禁忌。他無疑打破女巫為拉芬采兒所呵護的純潔。逝去的童貞,也象徵著她將從女孩轉變為女人,迎來青春期階段的自我認同危機。

拉芬采兒所居住的高塔是故事中的「禁忌空間」之一。圖/Giphy

有趣的是,拉芬采兒不僅是故事中出現的第三個女性角色,也是故事中唯一有名字的主角。童話故事中的角色,從沒有名字到有名字的轉變,也體現榮格學派所強調的「自性化歷程」。

自性化歷程,是一種個體尋找認定、發展獨特,以及創造生命的過程。因此,生下即被賦予名字的拉芬采兒,也預示著她的人生將完成追尋自我的任務。她也將從原先任女巫擺布、獨自生活在高塔中;與王子的相識相戀,找到屬於自身的認同,並創造自身新的可能與新生命。

被放逐的懲罰,公主邁向獨立的契機

拉芬采兒某次拉女巫上來時,卻說溜嘴:「教母,為什麼你這麼重?我拉王子都沒有這麼費力,可一下子就把他拉上來了!」聽完一氣之下的女巫,剪去拉芬采兒的秀麗長髮、把她丟到沙漠之中。
不知情仍前來幽會的王子,依舊喊著那句通關密語。但爬上塔內,卻發現前來等著他的,不是拉芬采兒,而是女巫。絕望之餘,王子縱身一躍。掉進一片荊棘叢裡,不慎刺傷雙眼失明,為此流浪多年。
直到,王子來到拉芬采兒所待的沙漠,再度聽見熟悉的歌聲。兩人相擁而泣,她的淚水滴到王子的眼睛,竟然就恢復視力、重見光明。這時的她,也生下一男一女的雙胞胎。最後,王子帶一家四口回到自己的王國,從此過著幸福快樂的日子。

從上一段中,我們也能看到過去受到女巫擺布的她,是處於女性內在分裂的狀態,沒有足夠的能量找到自我認同。

而〈長髮公主〉這篇故事最重要的轉折點,在於女巫的懲罰——剪去她秀麗的頭髮,將她放逐到沙漠之中。本是讓女巫、王子攀爬的金色秀髮,卻因為犯錯而被迫剪去,這象徵著「階段的轉變。」

現今,我們常會看見有些人在經歷失戀、出社會等重要事件後想換換造型,會把過去留了很久的長髮一口氣全部剪掉。在某種意義上就代表「階段的轉變」,也代表期待下個階段的到來。 

但在〈長髮公主〉中,剪髮沒有期待迎向下個階段的喜悅,而是一種初嘗禁果所要承受的代價。且被丟到不毛之地、毫無生機的沙漠,在絕境之中,她需要展現女性內在的力量,同時肩負起成為母親及父親的責任,獨自扶養一雙兒女。

兜了一圈後,童話故事的最後,依然是王子與公主過著快樂的日子。最終,原先女性內在的分裂狀態,現在也經驗了完整的內在歷程,感受到「生」的希望。

初嘗禁果要肩負的責任與「生」的希望。圖/Pexels

 參考資料

  • 呂旭亞(2017)。《公主走進黑森林:榮格取向的童話分析》。台北:心靈工坊。
  • 瑪麗-路薏絲.馮.法蘭茲(2016)。《解讀童話:從榮格觀點探索童話世界》。台北:心靈工坊。

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Bonnie_96
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