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基本粒子的標準模型

賴昭正_96
・2018/10/09 ・6493字 ・閱讀時間約 13 分鐘 ・SR值 577 ・九年級

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我想近代物理已無可否認地偏袒柏拉圖(Plato)。事實上,物質的最小單位已不再是我們一般所認為的「東西」,而是僅能用數學語言才能精確地表達的形式與觀念。
── 1932 年,海森伯(W. Heisenberg),1932 諾貝爾物理獎

大約在西元前 400 年左右,古希臘哲學家德謨克利特(Democritus)就提出原子論:世界萬物都是由不可再被分割之看不見的各種大小及形狀之固態原子(atom)所組成的。他可以說是人類歷史上的第一位基本粒子物理學家;他的此一想法終於這在十九世紀初完全被證實了。西元 1811 年道爾頓(John Dalton)提出了到現在還是整個化學基礎的「原子論」:化學反應──產生萬物──只是各種不同原子在空間的重新排列組合而已!西元 1869 年,門德列夫(Dimitri Mendeleev)提出元素週期表後;這一理論的發展可以說是達到高峰。化學家已不再懷疑原子的實在性;但儘管證據確鑿,大部分的物理學家卻遲至二十世紀初才相信原子之存在的!

就在物理學家開始相信原子存在之時,他們卻也開始覺察到原子並不是不可再被分割。物理學家不但相繼地發現了組成原子之電子、質子、以及中子,他們也了解到了那時已知的物理根本不適用於了解這些微觀世界的現象!因此在普朗克(Max Planck[1])及愛因斯坦(Albert Einstein[2])先後提出奇怪的觀念後,物理學家竟然群策群力地於 1920 年代末發展出一套更令人迷惑的「量子力學」(quantum mechanics)!1930 年代初,他們也漸漸清楚重力(gravity)及電磁作用力(electromagnetic force)不能夠解釋(1)為何質子及中子可以聚在一起組成原子核、及(2)放射性元素的蛻變,而意識到了微觀世界裡應該還有兩種新的作用力量存在:強作用力(strong force)及弱作用力(weak force)。

隨著加速器技術的發展,物理學家也不斷地繼續發現其它許許多多生命期甚短的新粒子!在相信上帝不應該會如此笨手笨腳地製造出這麼許多不同的「原子」的信仰下,經過 40 年的努力,物理學家終於在 1970 年代真正確定了不可再被分割的古希臘「原子」,以及瞭解了它們如何相互作用,建立了基本粒子的標準模型(standard model)。2012 年 7 月 4 日,當兩組歐洲核子研究組織(CERN)裡的科學家同時宣布在大強子碰撞機(LHC)裡偵測到了該模型中尚未被發現的希格斯玻色子(higgs)時,此一標準模型算是正式被「證實」了!

在〈規範對稱與基本粒子〉[3]一文裡,筆者已介紹了規範對稱及基本粒子的發展史,因此在本文裡,筆者將只做個基本粒子的標準模型之敘述性的總結。還有,在這裡我們也不談非常重要但甚弱的重力場(gravitational field)及可能存在的重力子(graviton)──雖然在這裡所談到的所有基本粒子都會與它作用。

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基本粒子

標準模型的數學基礎是綜合了古典場論、特殊相對論、以及量子力學所發展出來之「量子場論」(quantum field theory)。古典場只是一個時、空的函數,但量子場論將它「量化」了:基本粒子只是充滿時空之動力場(dynamic field)的激態而已;因此每種基本粒子都有其自己的量子場。這些場的相互作用之「運動方程式」形式則受制於(需符合)「局部規範對稱」(local gauge symmetry)群 SU(3)×SU(2)×U(1) 。(詳見「群論、對稱、與基本粒子」[4]。)

基本粒子如下表所示分成兩大類,自旋(spin)數為 1/2 之費米子(fermion)及自旋數為整數之玻色子(boson):

費米子需符合費米─迪拉克統計(Fermi-Dirac statistics),不許兩個或兩個以上的粒子在同一量子狀態下,為構成不同化學元素的重要條件。玻色子則需符合玻色─愛因斯坦統計(Bose-Einstein statistics),比較喜歡群聚[5],為雷射及日常生活中之電磁波出現的原因。除了希格斯玻色子(higgs boson, H)外,其它玻色子都是因「局部規範對稱」之要求而「出現」,因此稱之為「規範玻色子」(gauge boson),為基本粒子之間相互作用的媒介。

費米子之間的相互作用可依其強度分成具 SU(3) 對稱之強作用及具 SU(2)×U(1) 對稱之電弱作用(electroweak interaction)兩種。雖然所有的費米子均能感到電弱作用;但只有最上面兩排的夸克(u,d,c,s,t,b)可以感受到強作用力。夸克之所以可感受到強作用力是因為每個均帶有稱為藍 (B)、紅 (R)、或綠 (G)之「強作用力電荷」的關係。因此嚴格來說,夸克不應該只 6 種,而是 18 種;但因為 SU(3) 對稱之關係,不同顏色的夸克[如紅、藍、綠之 u])應具完全同樣的性質,在實驗室中是無法分辨的──因此實在沒有另外給予名字的必要。傳達強作用力的「規範玻色子」稱為黏子(gluon):共有 8 種,因本身也帶強作用力電荷(同時帶顏色及反顏色[8]),故也感受到強作用力。

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除了希格斯玻色子外,所有表中的其它基本粒子均因「局部規範對稱」之要求而不能具有質量!此一與實驗結果不符的要求,阻擋了「局部規範對稱」理論的發展長達十二年之久。不只如此,因為 SU(2) 對稱之關係,第一行與第二行之上、下夸克(u 及 d 等)應具同樣的性質,在實驗室中應是無法分辨的;同樣地,第三行與第四行之上、下輕子(lepton, υe 及 e 等)也應具同樣的性質,在實驗室中也應是無法分辨的!既然也像黏子顏色一樣在實驗室中沒辦法分辨,為什麼我們在這裡卻給它們不同的名字呢?原來是它們的 SU(2)×U(1) 對稱在宇宙的演進中被破壞了──因此在實驗室中可以分辨了!

自發對稱性破壞

「自發對稱性破壞」在基本粒子裡是一個非常重要的觀念,因此筆者在此除了重覆一段《量子的故事》裡的描述外,將進一步地用一數學例子來闡釋此一觀念:

「假設我們是生活在一個非常巨大的磁鐵裡,磁鐵的 N 極指向北方。磁鐵是由許多小磁鐵整齊排列而造成的,但決定此排列的作用力事實上與方向無關,磁鐵的 N 極沒什麼理由一定要指向北方,它照樣可以指向東方。但它一旦指向了北方,則對住在裡面的我們而言,空間方向的對稱性(均勻性)便被破壞了:北方對我們而言是很特別的。因為該磁鐵的極性影響了我們的所有實驗,而我們又沒辦法去改變其極性的方向,因此如果有外太空人告訴我們說:『自然界的物理定律是與方向無關的』,我們是很難相信的。小磁鐵間的作用力是不具方向性的,但它的「狀態」破壞了空間方向的對稱性。例如當溫度高得使小磁鐵的動能足以克服其與周遭之作用力時,磁鐵便不再具有極性,空間方向的對稱性便可顯示出來。當溫度下降,而致小磁鐵整齊排列時,此一對稱性便被隱住(破壞)了。」

如果你想進一步了解,且不怕看到數學方程式,那圓形鼓面的震動將是一個更具體的例子。圓形鼓面在(x,y)平面上具有圓形的對稱性,因此使用極坐標(r,θ)來表示將較方便。

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鼓面受敲打後的上、下震動震輻 H(r,θ,t)的「運動方程式」可用牛頓力學導出;

式中 u 為波的傳播速度,t 為時間,R 為圓鼓的半徑。H(r,θ,t)為一時、空函數,在物理上稱為「場」。因為除了微分部份外,式中不含 θ,因此該運動方程式具有垂直軸旋轉的對稱(用 θ →θ +c(任一常數)代入,方程式不變;所有的常數 {c} 構成一個數學上的「群」[4])。下面是此運動方程式許多解中的三個解之圖形:

如果你在鼓面上一點輕輕一敲,鼓面的震動一般都會是相當複雜的(但可用所有可能的解來表示);但如果你「敲對」了,你將可能只激發了上面的一種震動形態而已!上圖中的左右兩個震動形態均保持著原來之垂直軸旋轉的對稱性;但中間的一個則不再具有原來之垂直軸旋轉的對稱,造成了所謂的「自發對稱性破壞」:從這一個特別解裡,我們看不出原來方程式所具有的對稱;此一特別解破壞(隱藏)了原來之對稱。

希格斯玻色子破壞電弱作用對稱

在宇宙出現時,「希格斯場」(Higgs field)即像其它場一樣充滿了宇宙;但它卻不像其他場一樣,其真空平均值(vacuum expectation value)不為零,其位能形狀則像酒瓶瓶底:中間內凸、(能量)較周邊為高。此一希格斯場具有以酒瓶中心為軸旋轉之對稱性(如上圖);因此在宇宙初現、溫度(能量)還是非常非常高之際,沒有任何基本粒子在意這一個不平的酒瓶瓶底。但隨著宇宙溫度的下降,希格斯場的能量也漸漸下降,最後終於像本無磁性之磁鐵需要選擇一個方向磁化下來一樣,掉到周邊之較低的能量溝內的某一點(自發對稱性破壞);因溝內那一點的位能不為零,因此破壞(隱藏)了原來之電弱作用的 SU(2)×U(1) 對稱性,將它分家成了兩種我們現在所知道的電磁作用(electromagnetic interaction)及弱作用(見下圖)。

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電弱作用破壞前之四個 SU(2)×U(1)「規範玻色子」──B、W1、W2 及 W3 ⎯⎯因與此一希格斯場之作用而重新組合成帶電之 W+ 與 W-,以及不帶電之 Z° 與光子 (ϓ)。W+、W-及 Z° 成為弱作用中的規範玻色子(嚴格來說,弱作用不具 SU(2) 之局部規範對稱);新出現的光子是唯一還保持零質量的規範玻色子:正是具 U(1) 局部規範對稱之量子電動力學(quantum electrodynamics,QED)中的規範玻色子(但不是原來之 SU(2)×U(1) 中的 U(1))。事實上除了微中子 υe 、υμ、及 υτ 外,其它能感受到弱作用的所有基本粒子(包括 W+、W-、及 Z° 本身)也均因與希格斯場之作用而取得了質量(見表)!因為黏子不參與弱作用,故還可以保持不具質量的身材;可是這下子問題又來了:依照特殊相對論,一個質量為零的粒子應只能以光速運動,所以黏子應該像光子一樣,以光速傳遞強作用力到遠方才對,怎麼強作用力也像弱作用力一樣是短距的呢?

漸近自由

因為強作用力的規範玻色子(黏子)本身也參與強作用的關係,使得強作用力具有一種非常不尋常的「漸近自由」(asymptotic freedom)的性質:當兩個帶顏色之粒子漸漸接近時,它們之間的作用力越來越小!反之,當它們漸漸遠離時,它們之間的作用力將越來越大,最後將大到有足夠的能量產生新的一對帶顏色之粒子。換言之,帶顏色之粒子不可能單獨存在,它們將永遠地被綁在一起⎯⎯稱為「幽禁」(confinement)。正是這一個原因,使得黏子不能(不需)像光子一樣傳遞長距離的作用力!事實上,量子色動力學(quantum chromodynamics,QCD)裡還要求「穩定」的粒子均是白色的:說明了為什麼實驗室中所能偵測到的粒子均是由三個夸克(紅+藍+綠=白色)、或兩個夸克(顏色+反顏色=白色)組成的。

電磁作用力的規範玻色子(光子)本身則不參與電磁作用,因此不具有「漸近自由」的性質:電磁作用力隨作用距離之增加而降低。此一特性事實上也是因為規範對稱的關係;U(1) 在群論(group theory)上有一與 SU(2) 或 SU(3) 非常不同的性質:前者的對稱運作與先後次序無關[4]。事實上正是U(1) 之此一特性使得透過電磁作用之費米子(如電子)可以具有質量。所以我們可以說物理學家很幸運,不需尋找讓電子具質量的原因,很早就能成功地發展出具局部規範對稱之量子電動力學,成為後來發展強、弱作用之局部規範對稱理論的藍圖!誰說成功不需要靠運氣?

手徵性

事實上除了 SU(2)×U(1) 要求費米子不能具質量外,弱作用破壞了鏡像對稱[7]的這一實驗的結果,也要求費米子不應具質量!依照特殊相對論,一個質量為零的粒子應只能以光速運動,因此如果它具有自旋,則便應該有兩種可能的手徵性(chirality):自旋與運動方向相同或者相反( 如下圖 )。

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但具質量之粒子不能以光速運動,因此當觀察者的速度由比它慢變成比它更快時,手徵性將由左撇改成右撇(或由右撇改成左撇),故具質量之粒子沒有固定的手徵性;換言之,手徵性不是具質量之粒子的性質。因此如果弱作用只能與左撇(left handed)費米子作用,顯然費米子也不應具質量!

與希格斯場作用的結果,費米子不但取得了質量,也透過希格斯玻色子使左撇及右撇費米子混成一個我們在實驗室中所觀察到的不具手徵性之費米子:同時具有左撇及右撇的量子態。因左撇及右撇費米子具有同樣的自旋及電荷,故依自旋及電荷「不滅定律」,做媒婆之希格斯玻色子的自旋必須為零且不帶電:正是實驗所發現的結果。

這許多因希格斯玻色子而取得了質量的費米子當中,很奇怪的卻不包括微中子[8];更奇怪的是:微中子如果沒有取得質量,就對稱的觀點來看,左撇及右撇都應該可能存在才對,但物理學家卻從未在宇宙或實驗室中發現過右撇的微中子!因此在標準模型裡認為右撇的微中子根本就不存在。

殘留強作用力

我們前面提過「穩定」的粒子均必須是白色的,因此質子是由分別帶紅藍綠之三個夸克 uud 組成的,而中子則是由分別帶紅藍綠之三個夸克 udd 組成的。可是它們一旦變成白色,依量子色動力學,它們之間便應該沒有強作用力了,那為何質子及中子可以聚在一起組成原子核呢?我們不是想了解此一原因才發展出強作用力理論嗎?

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事實上我們早就在化學上碰到同樣的問題:氫原子是由帶正電的質子及帶負電的電子所組成的,因此是不帶電的,但兩個氫原子還是可以透過電磁作用力而結合成氫分子的。我們知道其原因是因為兩個氫原子核「合用」了它們外圍的電子,形成化學鍵所致。同樣地,質子或中子之間的作用也是透過帶有顏色之成份的 u 或 d 夸克來達成的:交換(合用)由一夸克及一反夸克組成之介子(meson),如不帶電之 π0(見上圖[9])。正像化學鍵比直接的電磁作用弱一樣,這稱為殘留強作用力(residual strong force)、核子強作用力(nuclear strong force)、或核子力(nuclear force)雖然比直接的強作用力弱得多,但是還是足夠克服質子間之靜電排斥力,將質子及中子結合成穩定的原子核(但不像強作用力,它的強度隨粒子間距離的增加而急速減弱,所以質子或中子可以是被分離、單獨存在的)!

我們說希格斯玻色子使許多基本粒子得到質量,但是這些質量卻不是我們周遭物體質量的主要來源:例如質子是由 uud 三個夸克組成的,但那三個夸克的總質量大約只有實驗室中量得之質子質量的百分之一而已!質子或中子之其它質量都在使那三個夸克在一起的束縛能量裡(m=E/c2)。

結論

物理學家於 1897 年發現了不可再被分割之電子;經過 100 多年的努力,終於在 2012 年發現了理論上必須存在的最後一種不可再被分割之希格斯玻色子,奠定了瞭解宇宙萬物組成與運行之基本粒子的標準模型理論。

現在的基本粒子雖然不是像當初古希臘哲學家所追求的只有一種,但是卻比化學上之基本粒子──化學元素⎯⎯少得多。如果不算反粒子及顏色[10],物理學上只有 12 種基本費米子、以及 6 種玻色子而已!就日常生活以及化學來看,我們所常「接觸到」的基本粒子事實上只有四種而已: u 夸克、 d 夸克、電子、及光子!離當初所追求的「只有一種」也算是不遠了!儘管如此,化學上的原子似乎還可以想像,讓人有「實際存在」(實在)的感覺;但現在物理學上的基本粒子則似乎是有點「玄」了!

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注解:

  • [1]:「量子力學的開山祖師──普朗克」,《科學月刊》,1982 年 4 月號;《我愛科學》,第 51 頁。
  • [2]:「太陽能與光電效應」,《科學月刊》,2013 年 4 月號;《我愛科學》,第 155 頁。
  • [3]:「規範對稱與基本粒子」,《科學月刊》,2014 年 11 月號;《我愛科學》,第 186 頁。
  • [4]:「群論、對稱、與基本粒子」,《科學月刊》,2018 年 9 月號。
  • [5]:這命名正好與當事人相反:玻色較害羞內向,費米則非常合群外向。
  • [6]:黏子之所以有八種,乃是因所帶之顏色不同的關係。黏子同時有顏色(R,G,B)及反顏色(r,g,b),因此理論上應該有九種才對,為什麼只有八種呢?那是因為代表 SU(3) 之 3×3 矩陣只有八個獨立變數[4];就顏色的組合上來講,(Rr+Gg+Bb)組合不受 SU(3) 對稱轉換的影響,不能作為傳遞強作用的規範玻色子;(9 個自由度 – 1 個條件)只剩下 8 個在 SU(3) 對稱轉換下「相同」的黏子。
  • [7]:沒有任何物理學家知道為什麼:事實上當他們發現自然界竟然是這樣時,他們也非常感到意外;詳見「對稱與物理」,《科學月刊》,2010年3月號;《我愛科學》,第 178 頁。事實上不止微觀世界這樣,巨觀世界裡也是充滿著鏡像不對稱的現象。詳見「左旋還是右旋?化學對稱跟你我的身體有關!」, 2015 年 9 月 25 日泛科學;「 對稱與化學」,《我愛科學》,第 193 頁。
  • [8]:在物理及天文學家發現「微中子擺盪」(neutrino oscillation)之現像後,不少物理學家已認為微中子應該具有些微質量。詳見「微中子的故事」,《科學月刊》,1982 年 3 月號;《我愛科學》,第 105 頁。
  • [9]:日本物理學家湯川秀樹 1935 年所提出的理論。湯川秀樹 26 歲就當了大阪大學的助理教授,29 歲時提出了這被忽略達兩年之久──但對以後基本粒子及其作用力研究影響非常大──的理論,獲 1949 年諾貝爾物理獎。原子核內的作用力事實上因多體(至少 6 夸克)、自旋、及角動量等關係,比這裡所形容的複雜得多。
  • [10]:除了 W+ 是 W-反粒子外,其它玻色子沒有反粒子(反粒子就是粒子本身)。
  1. 《量子的故事》,新竹市凡異出版社(1982 年;2005 年第二版)。
  2. 《我愛科學》,台北市華騰文化有限公司出版(2017 年 12 月)。本書收集了筆者自 1970 年元月到 2017 年八月間在科學月刊及其他雜誌發表過的科普文章。
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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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上網也要有「技術」!從言論、隱私到國安,你我都該懂的界線
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/18 ・2366字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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本文由 國家通訊傳播委員會 委託,泛科學企劃執行。 

以為鍵盤俠天下無敵?小心一個不留神就觸法!人們常忽略「網路並非法外之地」這個重要事實。不只現實生活中的法律同樣適用於網路空間,隨著科技發展,更多應網路特性而生的法律規範也相繼出現。從基本的言論自由到隱私權保護,從智慧財產權到國家安全,法律體系正全面性地回應數位時代的種種挑戰。

在臺灣,網路上的言論自由權利源自《憲法》第 11 條的明確規定:「人民有言論、講學、著作及出版之自由。」釋字第 509 號則指出,「國家應給予最大限度之維護,俾其實現自我、溝通意見、追求真理及監督各種政治或社會活動之功能得以發揮。」網路快速傳播的特性放大了言論的影響力,而大法官的解釋將言論自由的邊際刻畫得更明確,這在數位時代裡顯得格外重要。

網路與社群媒體的快速傳播,放大了言論的影響力。圖/unsplash

網路上的性、暴力與未成年保護

顯然言論自由並非是毫無限制,2023 年 11 月的一起案件就展現其中一種界線的樣貌。當時,一名 36 歲男子將他和網友在網咖的性愛影片上傳至推特,還寫下「《網咖包廂實戰計 1》我跟某公司 OL 戰鬥」等文字。這段影片一經發布,當事女子立即採取法律行動。最終,法院依其以網際網路「供人觀覽猥褻影像」的罪名,判處該名男子拘役 30 日,得易科罰金。這個判決清楚說明了,即便在虛擬空間,散布猥褻影像仍須承擔實質的法律責任。

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特別是在保護未成年人方面,法律的規範更加嚴格。《刑法》第 235 條明文禁止散布、播送或販賣猥褻物品,無論形式是圖文、聲音還是影像。而《兒童及少年性剝削防制條例》第 36 條更進一步禁止任何形式的兒童色情製品被製造、散布和持有。2019年彰化縣曾層發生過這樣一起案件:一名陳姓中年男子將9歲女童帶往居所,不僅強迫她觀看色情影片,還對她進行猥褻行為,甚至將過程上傳至 Google 雲端。儘管他後來試圖以資助女童就學表達悔意,法院仍以加重強制猥褻等罪,判處他 4 年 4 個月有期徒刑。

不實言論的散布同樣可能觸犯法律。2021 年 9 月爆發的「台大狼師案」就是一個警示。一名女大生在網路上指控教師誘騙她發生關係並傳染性病,幾個月後又指控對方對她進行強制性行為。當她提出告訴時,檢方卻查無性侵事實,加上她反覆的說詞,不僅性侵告訴失敗,還因誹謗罪反被加重判刑。

當駭客、間諜都轉戰網路戰場

2013 年,一名退役空軍上校赴陸經商時被情治單位吸收,返台後透過人脈網絡發展組織、刺探軍事機密,並以空殼公司掩護非法報酬,這個情報網持續運作了 8 年之久。

在涉及國家安全的議題上,法律的態度更是嚴厲。根據《國家安全法》第 2 條的規定,任何人都不得為境外敵對勢力及其控制的組織、機構進行資助、主持、操縱、指揮或發展組織,更不能洩漏、交付或傳遞公務機密,違反者將面臨嚴厲的刑事處罰。《刑法》規定,意圖破壞國體、竊據國土,或以非法方法變更國憲、顛覆政府者,處7年以上有期徒刑,首謀更要判處無期徒刑。

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抄襲與轉貼的邊界在哪裡?

在智慧財產權的保護上,臺灣也經歷了數位時代的轉變。台灣第一個網路著作權相關判決,就發生在傳統出版與數位平台的碰撞之中。南方社區文化網路負責人陳豐偉等三人在中山大學 BBS 上發表的文章,未經同意就被《光碟月刊》收錄在隨刊光碟中發行。三人向台北地檢署提告後,《光碟月刊》發行人兼總經理黃俊義被判處七個月有期徒刑,緩刑三年。這個判決為數位時代的著作權保護樹立了重要典範。

臺灣首例網路著作權案判決,為數位時代智慧財產權保護樹立典範。圖/envato

近年來,影音平台的著作權爭議更趨複雜。2022 年,知名 YouTube 頻道「觸電網」就因為片商車庫娛樂檢舉七十多支未經授權的影片,導致經營 12 年的頻道被迫下架。車庫娛樂透過律師聲明,這是針對「未經合法授權影音內容」的標準處理,並表明將追究民事與刑事責任。

受害了怎麼辦?申訴管道報你知

當我們在網路上的權利受到侵害時,可以根據侵害類型尋求不同的救濟管道。最基本的言論自由權利受到侵犯時,可以先向社群平台提出檢舉。若遇到更嚴重的情況,如散布猥褻影像、非法性私密影片等,除了平台檢舉外,還可以向警方提告,或是尋求衛福部「性影像處理中心」的協助。

在面對網路霸凌、不實言論時,可以向台灣事實查核中心、MyGoPen 等組織求助,協助澄清真相。若發現有害兒少身心健康的不當內容,則可以向 iWIN 網路內容防護機構提出申訴。這個由國家通訊傳播委員會支持的組織,會在受理後進行查核、轉介業者改善或依法處理。

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智慧財產權的侵害在網路時代極為常見,就像「觸電網」遭片商檢舉下架的案例。這類情況可以透過平台既有的著作權保護機制處理,情節嚴重者也可以提起民事訴訟要求賠償。若發現可疑的廣告或不公平交易行為,則可以向公平交易委員會檢舉;若是特定領域的違規內容,則應該向各該主管機關反映,例如藥品廣告歸衛福部管轄、證券期貨廣告則由金管會負責。

網路時代的法律規範正不斷演進,從個人隱私到國家安全,從言論自由到智慧財產權,每個面向都在尋求數位環境下的最佳平衡點。作為網路使用者,我們必須理解並遵守這些法律界線,同時也要懂得運用各種救濟管道保護自身權益。唯有每個人都清楚了解並遵守這些規範,才能共同營造一個更安全、更有序的網路環境。

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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當心網路陷阱!從媒體識讀、防詐騙到個資保護的安全守則
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/17 ・3006字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文由 國家通訊傳播委員會 委託,泛科學企劃執行。 

網路已成為現代人生活中不可或缺的一部分,可伴隨著便利而來的,還有層出不窮的風險與威脅。從充斥網路的惡假害訊息,到日益精進的詐騙手法,再到個人隱私的安全隱憂,這些都是我們每天必須面對的潛在危機。2023 年網路購物詐欺案件達 4,600 起,較前一年多出 41%。這樣的數據背後,正反映出我們對網路安全意識的迫切需求⋯⋯

「第一手快訊」背後的騙局真相

在深入探討網路世界的風險之前,我們必須先理解「錯誤訊息」和「假訊息」的本質差異。錯誤訊息通常源於時效性考量下的查證不足或作業疏漏,屬於非刻意造假的不實資訊。相較之下,假訊息則帶有「惡、假、害」的特性,是出於惡意、虛偽假造且意圖造成危害的資訊。

2018 年的關西機場事件就是一個鮮明的例子。當時,燕子颱風重創日本關西機場,數千旅客受困其中。中國媒體隨即大肆宣傳他們的大使館如何派車前往營救中國旅客,這則未經證實的消息從微博開始蔓延,很快就擴散到各個內容農場。更令人遺憾的是,這則假訊息最終導致當時的外交部駐大阪辦事處處長蘇啟誠,因不堪輿論壓力而選擇結束生命。

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同年,另一則「5G 會抑制人體免疫系統」的不實訊息在網路上廣為流傳。這則訊息聲稱 5G 技術會影響人體免疫力、導致更容易感染疾病。儘管科學家多次出面澄清這完全是毫無根據的說法,但仍有許多人選擇相信並持續轉發。類似的例子還有 2018 年 2 月底 3 月初,因量販業者不當行銷與造謠漲價,加上媒體跟進報導,而導致民眾瘋狂搶購衛生紙的「安屎之亂」。這些案例都說明了假訊息對社會秩序的巨大衝擊。

提升媒體識讀能力,對抗錯假訊息

面對如此猖獗的假訊息,我們首要之務就是提升媒體識讀能力。每當接觸到訊息時,都應先評估發布該消息的媒體背景,包括其成立時間、背後所有者以及過往的報導記錄。知名度高、歷史悠久的主流媒體通常較為可靠,但仍然不能完全放下戒心。如果某則消息只出現在不知名的網站或社群媒體帳號上,而主流媒體卻未有相關報導,就更要多加留意了。

提升媒體識讀能力,檢視媒體背景,警惕來源不明的訊息。圖/envato

在實際的資訊查證過程中,我們還需要特別關注作者的身分背景。一篇可信的報導通常會具名,而且作者往往是該領域的資深記者或專家。我們可以搜索作者的其他作品,了解他們的專業背景和過往信譽。相對地,匿名或難以查證作者背景的文章,就需要更謹慎對待。同時,也要追溯消息的原始來源,確認報導是否明確指出消息從何而來,是一手資料還是二手轉述。留意發布日期也很重要,以免落入被重新包裝的舊聞陷阱。

這優惠好得太誇張?談網路詐騙與個資安全

除了假訊息的威脅,網路詐騙同樣令人憂心。從最基本的網路釣魚到複雜的身分盜用,詐騙手法不斷推陳出新。就拿網路釣魚來說,犯罪者通常會偽裝成合法機構的人員,透過電子郵件、電話或簡訊聯繫目標,企圖誘使當事人提供個人身分、銀行和信用卡詳細資料以及密碼等敏感資訊。這些資訊一旦落入歹徒手中,很可能被用來進行身分盜用和造成經濟損失。

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網路詐騙手法不斷進化,釣魚詐騙便常以偽裝合法機構誘取敏感資訊。圖/envato

資安業者趨勢科技的調查就發現,中國駭客組織「Earth Lusca」在 2023 年 12 月至隔年 1 月期間,利用談論兩岸地緣政治議題的文件,發起了一連串的網路釣魚攻擊。這些看似專業的政治分析文件,實際上是在臺灣總統大選投票日的兩天前才建立的誘餌,目的就是為了竊取資訊,企圖影響國家的政治情勢。

網路詐騙還有一些更常見的特徵。首先是那些好到令人難以置信的優惠,像是「中獎得到 iPhone 或其他奢侈品」的訊息。其次是製造緊迫感,這是詐騙集團最常用的策略之一,他們會要求受害者必須在極短時間內作出回應。此外,不尋常的寄件者與可疑的附件也都是警訊,一不小心可能就會點到含有勒索軟體或其他惡意程式的連結。

在個人隱私保護方面,社群媒體的普及更是帶來了新的挑戰。2020 年,一個發生在澳洲的案例就很具有警示意義。當時的澳洲前總理艾伯特在 Instagram 上分享了自己的登機證照片,結果一位網路安全服務公司主管僅憑這張圖片,就成功取得了艾伯特的電話與護照號碼等個人資料。雖然這位駭客最終選擇善意提醒而非惡意使用這些資訊,但這個事件仍然引發了對於在社群媒體上分享個人資訊安全性的廣泛討論。

安全防護一把罩!更新裝置、慎用 Wi-Fi、強化密碼管理

為了確保網路使用的安全,我們必須建立完整的防護網。首先是確保裝置和軟體都及時更新到最新版本,包括作業系統、瀏覽器、外掛程式和各類應用程式等。許多網路攻擊都是利用系統或軟體的既有弱點入侵,而這些更新往往包含了對已知安全漏洞的修補。

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在使用公共 Wi-Fi 時也要特別當心。許多公共 Wi-Fi 缺乏適當的加密和身分驗證機制,讓不法分子有機可乘,能夠輕易地攔截使用者的網路流量,竊取帳號密碼、信用卡資訊等敏感數據。因此,在咖啡廳、機場、車站等公共場所,都應該避免使用不明的免費 Wi-Fi 處理重要事務或進行線上購物。如果必須連上公用 Wi-Fi,也要記得停用裝置的檔案共享功能。

使用公共 Wi-Fi 時,避免處理敏感事務,因可能存在數據被攔截與盜取的風險。圖/envato

密碼管理同樣至關重要。我們應該為不同的帳戶設置獨特且具有高強度的密碼,結合大小寫字母、數字和符號,創造出難以被猜測的組合。密碼長度通常建議在 8~12 個字元之間,且要避免使用個人資訊相關的詞彙,如姓名、生日或電話號碼。定期更換密碼也是必要的,建議每 3~6 個月更換一次。研究顯示,在網路犯罪的受害者中,高達八成的案例都與密碼強度不足有關。

最後,我們還要特別注意社群媒體上的隱私設定。許多人在初次設定後就不再關心,但實際上我們都必須定期檢查並調整這些設定,確保自己清楚瞭解「誰可以查看你的貼文」。同時,也要謹慎管理好友名單,適時移除一些不再聯繫或根本不認識的人。在安裝新的應用程式時,也要仔細審視其要求的權限,只給予必要的存取權限。

提升網路安全基於習慣培養。辨識假訊息的特徵、防範詐騙的警覺心、保護個人隱私的方法⋯⋯每一個環節都不容忽視。唯有這樣,我們才能在享受網路帶來便利的同時,也確保自身的安全!

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從太陽發光到生命突變,一切都歸功於量子穿隧效應?
PanSci_96
・2024/10/19 ・1962字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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在這個充滿光與生命的宇宙中,我們的存在其實與一種看不見的力量密切相關,那就是量子力學。沒有量子力學,太陽將不會發光,地球上的生命將無法誕生,甚至整個宇宙的運行規則都會截然不同。這些微觀層次的奧秘深深影響了我們日常生活的方方面面。

其中,量子穿隧效應是一個看似違背直覺但至關重要的現象,從太陽的核融合反應到基因的突變,這種效應無處不在,甚至還牽動著當今的高科技產業。

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什麼是量子穿隧效應?

我們可以將量子穿隧效應比作一個奇妙的穿牆術。想像一下,你身處一個被高牆包圍的城市,牆外是未知的世界。通常,如果你要越過這道牆,需要極大的力量來翻越它,或者用工具打破它。然而,在量子的世界裡,情況並不如此。

在微觀的量子力學世界中,粒子同時具有波的特性,這意味著它們並不完全受限於傳統物理的規則。當一個微觀粒子遇到能量障礙時,即使它沒有足夠的能量直接穿過障礙,卻仍有一定機率能出現在障礙的另一邊,這就是「量子穿隧效應」。粒子彷彿直接在牆上挖了一條隧道,然後穿越過去。

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這聽起來像魔法,但它背後有深刻的物理學道理。這個現象的發生取決於量子粒子的波動性質以及能量障礙的高度和寬度。如果障礙較矮且較窄,粒子穿隧的機率就較高;反之,障礙越高或越寬,穿隧的機率則會降低。

太陽發光:核融合與量子穿隧效應的結合

量子穿隧效應的存在,讓我們能夠理解恆星如何持續發光。以太陽為例,太陽內部的高溫環境為核融合反應提供了所需的能量。在這個過程中,氫原子核(質子)需要克服極大的電磁排斥力,才能彼此靠近,進而融合成為氦原子核。

然而,單靠溫度提供的能量並不足以讓所有質子進行核融合。根據科學家的計算,只有約10的 434 次方個質子中,才有一對具備足夠的能量進行核融合。這是一個極小的機率。如果沒有量子穿隧效應,這種反應幾乎不可能發生。

幸好,量子穿隧效應在這裡發揮了關鍵作用。由於量子粒子具有波動性,即便質子沒有足夠的能量直接跨越能量障礙,它們仍然能透過穿隧效應,以一定機率克服電磁排斥力,完成核融合反應。這就是為什麼太陽內部的核融合能夠源源不斷地發生,並且持續產生光與熱,讓地球成為適合生命生存的家園。

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量子穿隧效應與生命的演化

除了恆星的發光之外,量子穿隧效應還對生命的誕生和演化起到了關鍵作用。地球上物種的多樣性,很大一部分源於基因突變,而量子穿隧效應則幫助了這一過程。

DNA 分子是攜帶遺傳訊息的載體,但它的結構並不穩定,容易在外界因素影響下發生變異。然而,即使沒有外界因素的干擾,科學家發現 DNA 仍會自發性地發生「點突變」,這是一種單一核苷酸替換另一種核苷酸的突變形式。

量子穿隧效應讓氫原子隨時可能在 DNA 結構中進行位置轉換,從而導致鹼基對的錯位,這在 DNA 複製過程中,可能會引發突變。這些突變若保留下來,就會傳遞給下一代,最終豐富了基因與物種的多樣性。

量子穿隧幫助促進 DNA 突變,協助生命的演化與物種多樣性。圖/envato

半導體技術中的量子穿隧效應

除了在宇宙和生命中發揮作用,量子穿隧效應還影響著我們的日常生活,尤其在現代科技中。隨著半導體技術的發展,電子設備的體積不斷縮小,這也讓電子元件的性能面臨更大的挑戰。

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在微小的電子元件中,量子穿隧效應會導致電子穿過元件中的障礙,產生不必要的漏電流。這種現象對電晶體的性能帶來了負面影響,因此設計師們需要找到方法來減少穿隧效應的發生,以確保元件的穩定性。

雖然這是我們不希望見到的量子效應,但它再次證明了量子力學在我們生活中的深遠影響。設計更有效的半導體元件,必須考慮到量子穿隧效應,這讓科學家與工程師們需要不斷創新。

量子力學是我們宇宙的隱藏力量

量子穿隧效應看似深奧難懂,但它對宇宙的運作和生命的誕生至關重要。從太陽的核融合反應到基因突變,甚至現代科技中的半導體設計,量子力學影響著我們生活的方方面面。

在這個充滿未知的微觀世界裡,量子現象帶來的影響是我們難以想像的。正是這些看似不可思議的現象,塑造了我們的宇宙,讓生命得以誕生,科技得以發展。當我們仰望星空時,別忘了,那閃耀的光芒,背後藏著的是量子力學的奇妙力量。

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