蓋爾曼生日｜科學史上的今天：9/15

• 文／陳立欣

你知道亞洲第一次成功的核分裂實驗是在臺灣完成的嗎 ?

1934 年 7 月 25 日晚間，就在今天的臺灣大學二號館 101 室，舉行了一項令人興奮的偉大實驗。科學家用高壓直線型加速器使質子加速前進，撞擊鋰原子而得到了兩個 α 粒子！這是亞洲第一次，也是世界第二次成功分裂原子核的實驗。而進行這項實驗的科學家，就是時任臺北帝大物理學講座首任教授——荒勝文策（Bunsaku Arakatsu）。

醉心物理學研究，歐洲行開啟高能物理之路

荒勝文策出生於 1890 年 3 月 25 日，日本兵庫縣印南郡的一個小漁村。他從御影師範學校與東京高等師範學校畢業後，一度曾在佐賀縣擔任教職。後來在興趣的推動下，1915 年進入京都帝國大學物理學系就讀。1918 年他從京都帝國大學物理學系畢業，並旋即擔任該校講師。其後陸續擔任京都帝國大學物理學系助理教授、甲南高等學校教授、臺灣總督府高等農林學校教授。

從事教職之後，他還是對研究比較感興趣，後來因緣際會之下，他以臺灣總督府在外研究員的身分前往歐洲留學，正式開啟了他與高能物理學的淵源。

荒勝到了歐洲之後，曾經短暫留學於德國的柏林大學（今柏林洪堡大學），跟隨物理學巨擘阿爾伯特・愛因斯坦（Albert Einstein）作研究，當時也正是哥本哈根詮釋風靡全世界的時候。荒勝在自傳中表示，無論在物理或是思考面，都受到愛因斯坦相當大的影響，使得原本矢志攻讀理論物理學的他，轉而對原子核實驗產生了相當大的興趣。

因此，一年後他到瑞士蘇黎世聯邦理工學院師從保羅・謝樂（Paul Hermann Scherrer），並進行有關鋰原子中自由電子分布的研究。緊接著他到英國劍橋大學卡文迪西實驗室，師從約瑟夫．湯姆森（Sir Joseph John Thomson）、歐尼斯特・拉塞福（Ernest Rutherford）、詹姆士．查兌克（Sir James Chadwick）等人共二年半的時間。（編按：此三人正是中學物理課本中介紹近代物理中，對原子核構造發現有重大貢獻的三位物理學家。湯姆森以陰極射線實驗發現了電子、拉塞福以金箔實驗確立了原子核的存在、查兌克則發現了中子。）

他於 1928 年 8 月獲得京都帝國大學理學博士學位，而畢業論文的主題，就是運用愛因斯坦狹義相對理論裡的「質能互換公式」理論，撰寫出以原子釋出巨能的理論公式。他從事高能物理學研究之路，自此開啟。

臺灣首任物理學教授，完成亞洲首次核分裂實驗

1928 年 12 月，荒勝來到了臺灣總督府轄下的臺北帝國大學，擔任物理學講座的首任教授，並開設普通物理與原子論等相關課程，也是臺北帝國大學首次開設物理學相關課程。荒勝趁著在歐洲進修的機會，大肆採購了許多教學研究相關的圖書與器具，為臺北帝國大學的物理學發展帶來很大的幫助。

1932 年 4 月《自然》雜誌裏有一篇論文，描述英國劍橋大學卡文迪西實驗室怎樣用 Cockcroft-Walton 的加速器，製造快速質子，打入鋰（Lithium）原子核後引發核反應，產生一對 α 粒子來促成鋰蛻變。

在瞭解了這個過程內容後，荒勝就對助手木村毅一說：「這是個大變動之事，我們也來試看看吧！」

荒勝決定在臺北帝大二號館 101 室建造 Cockcroft-Walton 型加速器。當時臺灣設備簡陋資源不足，有許多問題需要克服。除了器材需要打造，實驗室裡面也沒有天然的放射線源，荒勝借鑑臺北帝國大學理農學部無機化學講座的研究，嘗試從北投石中提煉釙充當 α 線源。此外實驗中需要的重水，也自行設計器材提煉取得。

最後就是電力的問題，Cockcroft-Walton 型加速器需要穩定而充沛的直流電力，進行實驗電壓不足將無法擊碎原子核。幸虧當時臺北工業職業學校提供器材奧援，才解決了直流電的問題。在萬事皆須重頭準備的臺北帝大也能完成此一實驗，由此可見荒勝文策不屈的意志。

1934 年 7 月 25 日夜裡，荒勝成功完成人工撞擊原子核（Li（p, α）He）的實驗。該次實驗重現並證實了 的反應，並發現用高速「氘離子」撞擊「鋰」，也能使鋰同位素產生 的反應。

這次實驗在當時轟動整個日本的物理學界。這是日本史上第一個加速器（全世界第二座這一型的加速器），而這一次追試成功，距離《自然》雜誌刊登論文也只不過經過 2 年。

與原子彈無法迴避的淵源 二戰未能成功的 F 計畫

1941 年，荒勝成功使鈾原子與釷原子產生核分裂反應，這使得荒勝註定要在原子彈計畫的篇章中留下身影。二戰後期，大日本帝國海軍招集荒勝進行研究，成立了一個研發小組，成員也包含了湯川秀樹。

荒勝一開始就決定採用離心機來提煉鈾 235，而不是世界上普及的熱擴散法。他的研究成果，也曾被美國研究原子彈的曼哈頓計劃作為數據計算參考。

荒勝文策曾自言：

我自小喜歡旋轉的東西，也許這是我選擇離心機的真正原因。我一輩子喜歡的研究，就是轉動體。

然而，由於當時日本政府內部的混亂以及資源的相對缺乏，致使日本核計畫未能如美國、英國與納粹德國一樣發展迅速。以至於在荒勝的 F 計畫先從日本遷到朝鮮，後因大戰結束也被迫中止了 F 計畫。

1945 年 8 月 6 日，美軍在廣島投下原子彈，驚人的爆炸力與毀滅性的災難，引起了日本學界的重視。日本陸軍動員了東京理化研究所的仁科芳雄前往觀察研究，而日本海軍則是委任京都帝國大學的荒勝文策，並組織「京都帝國大學原爆災害調查班」進行調查。

荒勝與仁科皆震驚於爆炸威力之強悍，且不斷進行爆炸的計算分析，兩人共同的結論就是「這應該就是原子彈」，經過計算荒勝精確指出爆炸時的高度與位置，並得出閃光時間約在五分之一秒和二分之一秒之間，其調查報告數據計算之精確，震驚世界。

可惜的是，雖然有著最頂尖的相關學識，卻因戰爭的局勢而不得不被迫放棄研究。

戰後，聯合國軍最高司令官總司令部（GHQ）於 1945 年 9 月 28 日下令禁止日本進行有關原子物理與航空學的研究，並拆除京都大學荒勝研究室的迴旋加速器，將之傾倒入琵琶湖。荒勝文策的大量報告與研究筆記也遭到沒收，該次拆除行動也引來了國際間的一陣撻伐。甚至引發了包含美國麻省理工學院在內的科學家們對美國陸軍的抗議，美國陸軍長官並因此引咎道歉，承認拆除行動的錯誤。

雖然在戰後無法持續相關的研究，荒勝文策仍影響了日本高能物理學的發展。無論是在京都大學發展的 Cockcroft-Walton 型加速器，或是發表在《自然》雜誌與木村和植村一同利用宇宙射線進行的研究。甚至是湯川秀樹，也在畢業後特地回母校旁聽其課程，並深受其影響。荒勝的努力為日本高能物理學在荒野中展開了道路，也讓原子能科學在日本持續發展。

在 1949 年湯川秀樹獲得諾貝爾物理學獎後，荒勝感嘆到道：

晚輩得了諾貝爾獎一切都值得了（後輩がノーベル賞を受賞したことで全てが埋め合わされた）。

雖然是欣慰之語，或許也透露出這位奠基者心中仍有所遺憾。

角落也無法掩蓋裡的光芒，開創日本高能物理的荒野道路

鑽石即使擺放在角落，也會發出迷人的光芒。我想，用這句話來形容荒勝文策再適合也不過了。身處日本學術邊陲的臺北帝國大學開設理科講座，在講座成員只有 4 個人的情況下，在不到兩年的時間內就完成了 Cockcroft-Walton 型加速器的設置；甚至完成了全球第二次、亞洲第一次的核分裂實驗，真的非常的不容易。在人手不足、資源不足、連放射線源都沒有的狀態下，還能使用北投石完成實驗，荒勝的堅持態度也為科學研究鍥而不捨的精神立下標竿。

荒勝文策在臺北帝國大學物理科講座的原子核加速實驗，在物理史上的意義是多重的。對臺灣而言，這是臺灣的名字第一次在物理學學術論文期刊。而遺留在臺灣的加速器殘骸與相關器材，成為戰後臺灣成立物理系、發展核子物理實驗的契機。雖然荒勝藉著這次的實驗重返日本，就未再返回臺灣，但他對於臺灣高能物理學發展，仍舊猶如荒野中的第一道腳印，留下了不可磨滅的痕跡。

參考文獻

1. 鄭伯昆，〈台大核子物理實驗室 （四）有關的日本科學家〉，《物理雙月刊》，卅卷五期，2008 年 1 月，頁 574-580。
2. 松本巍著，蒯通林譯《臺北帝國大學沿革史》，頁 7-11。
3. 張幸真，〈臺灣知識社群的轉變——以臺北帝國大學物理講座到臺灣大學物理系為例〉，2003 年 7 月 31 日，頁 101。
4. 轉引木村毅一，〈廣島原爆後日譚〉，《神陵文庫》第五卷，1988 年 2 月 29 日，京都三高自昭會，頁 14。
5. 張幸真，〈臺灣知識社群的轉變－以臺北帝國大學物理講座到臺灣大學物理系為例〉，2003 年 7 月 31 日，頁 106。
6. Info，（阿文開講——F計畫〉，《臺灣物理學會雙月刊》，2016 年 9 月 7 號。

保羅．狄拉克（Paul Dirac）是二十世紀最偉大的物理學家之一，他不僅開創量子力學，也是反粒子理論等領域的研究先鋒。身為量子力學先驅，狄拉克毫無疑問是形塑現代世界的關鍵要角，舉凡主宰當前社會的電子學、電腦、通訊及網路科技，無不以他的理論為基礎。

延伸閱讀：開創了量子電動力學──狄拉克誕辰│科學史上的今天：8/8

狄拉克在邏輯與理性思考方面的天賦，使他躋身百年來最偉大思想家之列；然而，年輕時的他在與旁人交流時幾乎沒有情緒、極度缺乏親和力，這點也同樣異於常人。他直言自己對其他人、甚至對「人」的感受毫無興趣。

「我從小就不懂喜歡或愛為何物。」狄拉克對朋友如此表示。

即使長大成人，他亦不尋索這類情感。

「我的人生主要關注事實，而非感受。」他說。

狄拉克一九○二年生於英國布里斯托，^[1]母親是英國人，父親是瑞士人、也是一名以壞脾氣著稱的學校老師。狄拉克和他的手足、母親成天被父親言語霸凌，他父親甚至堅持三個孩子必須以他的母語「法語」和他交談，不准說英語。

狄拉克一家總是分開用餐：父親和狄拉克在餐室，說法語；母親和另外兩名手足在廚房，講英語。狄拉克法語說得不流利，每次犯錯必遭父親責罰；於是他很快就學會盡可能少開口，這種沉默寡言的性格一直延續到青年時期。

擁有極高的天賦卻缺乏情緒

儘管狄拉克學術天分極高，但這份天賦在處理日常瑣事和挑戰方面幾乎派不上用場。人類演化至今並非單靠理智思維行事，而是在情緒的引導及啟發之下進行理性思考；但狄拉克身上僅有冰冷的智力活動，嚴重缺乏喜悅、希望與愛。

一九三四年九月，狄拉克造訪普林斯頓高等研究院（Institute for Advanced Study）。到訪那天，他信步走進一家名為「巴爾的摩午餐館」的餐廳用餐，在那兒遇見了匈牙利籍、同為物理學家的尤金．維格納（Eugene Wigner）。

與尤金同桌的還有一名正在抽菸、打扮入時的女子——她是維格納的妹妹瑪姬。瑪姬剛離婚，帶著兩個年幼的孩子，她個性活潑，對科學一竅不通。多年後，瑪姬回憶道，當年的狄拉克骨瘦如柴，失魂落魄，看起來有點悲傷又焦慮脆弱，令她有些不捨，於是她請哥哥邀狄拉克一道用餐。

瑪姬可謂狄拉克的「反粒子」——她是個性情中人，健談、浮躁，有些附庸風雅；反觀他則安靜、客觀，慎思熟慮。不過在那日午餐之後，狄拉克與瑪姬不時相約晚餐，兩人的友情即隨著多次「冰淇淋蘇打與龍蝦美饌之約而日益深刻」（狄拉克的自傳作者葛拉漢．法梅洛〔Graham Farmelo〕如此寫道）。數月之後，瑪姬返回布達佩斯，狄拉克也回到倫敦。

瑪姬慢慢喚醒狄拉克的情緒

回國之後，瑪姬每隔幾天就寫信給狄拉克。一封封長信滿是各種新聞消息、流言八卦，但最多的還是心情絮語。狄拉克大概幾週才回信一次，寥寥數語。

「恐怕我不像您這麼會寫信。」他寫道。

「或許是我的感受過於貧乏之故吧。」

兩人的溝通不良令瑪姬倍感挫折，狄拉克卻不明白她因何苦惱。他倆繼續維持柏拉圖式的關係，書信往返、偶爾見面，彼此的羈絆也越來越深。

某次從布達佩斯拜訪瑪姬回來以後，狄拉克寫道：

「那天離開妳以後，我覺得很難過，此刻也仍然非常想念妳。我不明白自己怎麼會這樣。通常我跟別人分開以後，不太會想念對方。」

在那之後不久，兩人於一九三七年一月結為連理，狄拉克也領養瑪姬的兩個孩子。狄拉克在婚姻生活中體會到他曾以為不可能擁有的幸福快樂。狄拉克一家和樂融融，直到一九八四年狄拉克過世；那時，他和瑪姬的十五周年結婚紀念日才剛過不久。

編按：「十五周年」為翻譯疏失，原文應為「五十周年」。

狄拉克在某封信上寫道：

「瑪姬，我親愛的，妳是我最心愛的人。妳把我的人生變得十分美好，使我更像個人。」

狄拉克對瑪姬的情感喚醒了他的心。早年，無法觸及情感的他頂多只是「半個人」，然而在找到瑪姬、找回他自己的情感以後，他看世界的眼光不同了，跟其他人的互動方式改變了，也為自己的人生做了不一樣的決定。據同事所言，狄拉克簡直變了一個人。^[2]

找回情緒後狄拉克的改變

一旦找回情緒，狄拉克開始喜歡與人作伴，而且——就本書討論的主題而言，最最重要的是，他也察覺情緒對他的專業思考是有好處的。

這是狄拉克在精神層次的重要頓悟。往後數十年間，曾有許多舉世聞名的物理學家向這位大師請益，請教他物理研究的成功祕訣。狄拉克怎麼回答？法梅洛那本厚達四百三十八頁的狄拉克傳記便是以這段問答劃下句點。

法梅洛寫道，狄拉克建議後生晚輩：「最重要的是：聽從你的情感。」^[3]

狄拉克這話是什麼意思？冷冰冰的理論物理邏輯何以受惠於情感？在人類所從事的各行各業中，若要一般人選出他們認為最不需要摻雜情緒的工作，理論物理想必名列前茅。邏輯與精確無疑是在這個領域成功發展的必要條件，但情感扮演的角色同等重要。

若是擁有高超的邏輯分析技巧便足以成功駕馭物理學，那麼物理系應該只需要電腦，用不上物理學家。各位或許以為，物理學不過就是一堆「A＋B＝C」的方程式，然而在做研究的時候，物理學家經常會碰上「A＋B」可能等於C、也可能等於D或E的情形，端賴他們選擇哪一種假設、或如何取近似值而定。其實就連該不該探討「A＋B」本身也是個選擇題——也許該換成「A＋C」，或試試「A＋D」。又或者根本應該放棄這套辦法，另覓其他更簡單的研究方式。

情緒引導著你的思考

我在第二章提過，人類思維的根本基礎受制於固定腳本，情緒則是更有彈性、能應付各種新處境的後起之秀——這套觀念同樣適用於物理學：情緒能引導你根據一些記載了目的和經驗的意識及潛意識思考過程（你可能從未察覺這些是怎麼記錄下來的），選擇用哪一條數學路徑來探討問題。

就像古時候的探險家大多憑藉知識結合直覺尋路、橫越曠野，物理學家不僅仰賴數學理論，也依從感覺：偉大的探險家在決定繼續推進時，通常拿不出像樣的理由支持他的選擇，而物理學想必偶爾也會受到一些「非理性」衝動的刺激，繼續跟那些艱澀的數學計算周旋到底。

如果最精確、將分析算計發揮到極致的思考活動都需要情緒調和，方能成功，那麼，若說你我的日常思考與決定也同樣深受情緒影響，想來就不令人意外了。在我們的一生中，鮮少有清晰明確的途徑或行動可供選擇，我們多半根據種種複雜的環境條件、事實、風險、可能性和不完整的資訊做出抉擇。

我們的大腦會處理、分析這些數據資料，算出心智與身體的應對方式。正如同我父親那晚在鐵絲圍籬前猶豫是否該加入同伴，大多數人在做決定時，也會相當程度受到情緒影響、做出很難單憑邏輯解釋的結論。接下來，我們會讀到情緒對心智解析的重要影響——其影響有好（如狄拉克的例子）有壞（請見下一則故事）——，明白箇中含意。

參考資料

1. 狄拉克的生平故事大多出自葛拉漢．法梅洛（Graham Farmelo）The Strangest Man: The Hidden Life of Paul Dirac, Mystic of the Atom (New York: Perseus, 2009), 252–63.
2. Ibid., 293.
3. Ibid., 438.

——本文摘自《情緒的三把鑰匙：情緒的面貌、情緒的力量、情緒的管理－情緒如何影響思考決策？》，2022 年 8 月，網路與書出版，未經同意請勿轉載。

• 文／賴昭正 前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊

（瓦特斯頓）論文的歷史說明了:… 價值不確定的文章，高度投機性的研究⎯⎯尤其是不知名的作者⎯⎯最好（先）通過科學界以外的其它渠道呈現給世界。

-瑞利爵士（Lord Rayleigh）1904年諾貝爾物理獎得主

在「抱歉了愛因斯坦，但我真的沒辦法頒獎給那個酷理論—為何相對論與諾貝爾獎擦身而過？」裡，筆者提到了 19 世紀末的物理學家曾經非常自滿地認為物理學上的基本問題都已經解決了，剩下的只是細節問題。例如 1874 年，量子師祖普朗克（Max Planck）的指導教授久利（Philipp von Jolly）就告訴他說：「在這個（物理）領域，幾乎所有的東西都已經被發現了，剩下的就是填補一些不重要的漏洞。」普朗克回答說他不想發現新的東西，只想「了解」這個領域的已知基礎。

現在我們當然知道事與願違，19 世紀末的物理不但未靜如止水，反而是刮起大風大浪的預兆。例如誰想到就在那個世紀結束前的 12 月，普朗克為「了解」靠猜測所提出來的黑體輻射公式，被「迫」提出能量量化的觀念，成了發現量子力學的第一大功臣（參見「黑體輻射光譜與量子革命」），改變了整個物理學家對客觀世界的看法。

而後在 20 世紀才開始不久的 1905 年，瑞士專利局最低等級的審查員愛因斯坦（Albert Einstein）更不知道從何處突然冒出一篇題爲「關於運動物體的電動力學（On the Electrodynamics of Moving Bodies）」論文，吹起了 20 世紀的第一個物理革命號角，徹底改變了統領物理界 300 多年的牛頓時空觀念。可是良馬⎯愛因斯坦這一篇論文—如果沒有遇到伯樂，它會是一匹良駒嗎？如果不會，那誰是那一篇論文的伯樂呢？

誰會是愛因斯坦的伯樂？

這篇題為「關於運動物體的電動力學」的論文事實上是很奇怪。這標題通常應是討論磁性或介電物質在電磁場中的運動特性，但愛因斯坦根本沒有分析這個主題，而是花了很多篇幅在前半部分討論：許多物理學家都認為理所當然之某些基本物理概念的性質。而論文中唯一明確討論之法拉第的電磁感應實驗，則是用當時的理論就可以充分解釋、大多數物理學家認為已不甚重要性的題目；最後建議丟棄一些廣泛使用的概念（例如「同時」及以太等）。更不尋常的是：作者是一位名不見經傳、任職於專利局的小職員，其撰寫的風格和格式都非正統，沒有引用任何當時的文獻！

愛因斯坦曾希望他當年在《物理年鑑》這傑出期刊上的大量論文能夠讓他擺脫默默無聞的三流專利審查員，獲得一些學術認可，甚至找到一份學術工作；因此在論文出版後，他妹妹後來回憶說：

「（愛因斯坦）曾努力翻閱《物理年鑑》，希望能找到對他理論的回應。……但他非常失望，出版之後（的反應）是冰冷的沉默。」

在無奈的失望中，愛因斯坦突然於 1906 年 3 月收到了第一個物理學家的反應；令他驚奇的是：這位物理學家竟然不是別人，而是當時歐洲受人尊敬的理論物理學大師普朗克！普朗克給愛因斯坦寫了一封充滿熱情洋溢的信，謂其相對論論文「立即引起了我的熱烈關注」，並將到專利局所在地伯爾尼（Bern）拜訪他！愛因斯坦當然很興奮，立即寫信告訴他以前的家教學生、合創「奧林匹亞學院（Olympia Academy）」、剛剛搬離伯爾尼的好友索洛文（Maurice Solovine）：

「我的論文倍受讚賞，並引起了進一步的研究。普朗克教授最近寫信告知我此事。」

普朗克是如何成為愛因斯坦的伯樂

普朗克當時擔任《物理年鑑》編輯，在接觸到愛因斯坦那篇關於空間、時間、和光速的想法前，他事實上已經相當明白：當涉及到由不同觀察者測量的光速時，古典物理學存在一個令人討厭的問題，即測不出地球在絕對靜止之以太中的速度，迫使當時一些名物理學家到處貼補漏洞。因此當愛因斯坦大喊（開玩笑的，當時他還是一位無名小卒，怎麼敢大喊）：不要再費心了，讓我們假設（在任何慣性參考系中測量的）光速為一定值，來取代「標尺和時鐘不會永遠誤導我們」之錯誤概念時，普朗克立舉雙手贊成。在其 1949 年的自傳裡，普朗克謂：

「光速之於相對論就像基本的作用量子之於量子論：光速是相對論的絕對核心。」

在該論文出版後，普朗克立即在柏林大學講授相對論！由於他的影響，這個理論很快在德國被廣泛接受，因此德國在許多方面對愛因斯坦之相對論的反應是獨一無二的；例如 1905－1911 年期間有關相對論的論文，沒有其它國家在數量上能夠與德國相媲美。在法國、英國和美國的回應中，雖然也有熱情的支持，但只有在德國才有人說「我理解愛因斯坦的研究」。但當時的「不敢苟同」聲事實上也不少；例如德國物理學家索末菲 （Arnold Sommerfeld）一大早就認為愛因斯坦的理論方法有某種猶太色彩（後來被利用成為反猶太主義者的工具），對秩序和絕對的概念缺乏應有的尊重，而且似乎沒有堅實的基礎。1902 年諾貝爾物理獎得主、荷蘭理論物理大師洛倫茲（Hendrik Lorentz）在 1907 年更寫道：

「愛因斯坦的論文雖然出色，但在我看來，這種難以理解和無法形象化的教條裡仍然存在一些幾乎不健康的東西。一位英國人幾乎不會給我們這種理論。」

普朗克顯然是第一位認識到愛因斯坦在相對論方面開創性工作的主要人物，也是愛因斯坦在科學界最忠誠的擁護者。兩人在個性上雖然非常不相似（前者非常保守，後者不理傳統），但也成為最親密的朋友。普朗克於 1906 年公開為愛因斯坦理論辯護，反對一波又一波的懷疑論者，寫信給愛因斯坦說「（我們）必須團結一致」。他將愛因斯坦的理論描述為洛倫茲理論的「延伸」（generalization），並將「洛倫茲-愛因斯坦理論」命名為現在大家所接受的「相對論」。儘管如此，普朗克還是不接受狹義相對論之無可避免的「不需要以太」結論。

普朗克是第一位以愛因斯坦理論為基礎來發展的物理學家。他在 1906 年春天發表的一篇文章中，證明愛因斯坦的相對論符合物理學基礎之「最小作用原理」（least action principle）：任何物體（包括光）在兩點之間的移動都應該遵循最簡單的路徑，開展了如何在這個新的彈性時空中正確處理物體的動力學。

 普朗克並未履約到伯爾尼拜訪愛因斯坦，只派比他更先獲得諾貝爾獎（1914 年）的助手勞鴻（Max von Laue）於 1906 年夏天去拜訪本以為應在伯爾尼大學任教的愛因斯坦。勞鴻與愛因斯坦兩人相談甚歡，不但成為終生好友，前者在此後四年內還寫了八篇相對論論文，包括嚴格地證明了 E=mc²。愛因斯坦謂勞鴻 1911 年所寫的第一本相對論教科書「是一個小傑作，其中的一些內容是他的知識產權」，並從中學習到了一些他後來創建廣義相對論所需的張量（tensor）數學。

瓦特斯頓發展的氣體動力學

瓦特斯頓（John Waterston，1811-1883）是蘇格蘭物理學家，在印度工作期間發展了氣體動力學理論，謂氣體分子與容器表面的碰撞導致我們感受到氣體壓力，正確地推導出理想氣體定律。他於 1845 年投稿到英國皇家學會，但審稿人認為那論文「不過是胡說八道」而被拒絕出版；現在的物理學家都認為馬克斯威（James Maxwell）為氣體動力學（kinetic theory of gases）的創始者。

瓦特斯頓去世幾年後，瑞利爵士（Lord Rayleigh，1904 年諾貝爾獎得主，當時的皇家學會秘書）從皇家學會的檔案中挖掘出那篇論文，將它重新發表於1892年的《皇家學會哲學彙刊》上。瑞利爵士警告說：。

（瓦特斯頓）論文的歷史說明了：因為科學界不願在其印刷品中記錄價值不確定的文章，高度投機性的研究⎯⎯尤其是不知名的作者⎯⎯最好（先）通過科學界以外的其它渠道呈現給世界。也許有人可能會更進一步（建議）說，一位相信自己有能力做大事的年輕作家，應該在開始更高的飛行之前，先通過範圍有限、且價值容易判斷的工作來獲得科學界的良好認可。

相信這類事件在物理學上是時常發生的。在「思考別人沒有想到的東西—誰發現量子力學？」一文裡，筆者就提到了 1924 年 6 月 4 日，一位任教於東巴基斯坦的講師波思（Satyendra Bose）將一篇被英國名《哲學雜誌》（The Philosophical Magazine）退稿的論文，轉寄給愛因斯坦，並附函謂「……如果你認為它值得發表，可否請您將它譯出（成德文），投稿到《物理學雜誌》（Zeitschrift für Physik）… 」。波思毫無疑問地是一位「不知名的作者」，那篇文章也毫無疑問地是「價值不確定，高度的投機性」！還好愛因斯坦眼光獨特，否則不但波思可能淪為另一個瓦特斯頓，量子統計力學是否會那麼早就出現就不得而知了。

結論

有歷史學家說普朗克在近代物理上有兩大貢獻，其一是發現量子力學，另外一個則是發現愛因斯坦！愛因斯坦發表那篇「價值不確定」之狹義相對論論文時也是一位「不知名的作者」，因此如果沒有普朗克慧眼識英雄，幫他推銷與辯護，愛因斯坦或許也可能淪為另一個瓦特斯頓，那篇論文可能於 1908 年在閔可夫斯基（Hermann Minkowski）的時空（spacetime）中消失^[註]！

有了理論物理界權威普朗克教授做後盾，愛因斯坦平步青雲、離開專利局、進入學府、及成名應只是遲早的事情。說來有趣，在「思考別人沒有想到的東西—誰發現量子力學？」一文裡，筆者談到了如果沒有愛因斯坦興風作浪，普朗克是否會成為創建近代物理的第一革命先鋒（量子力學）；而在這裡我們卻在懷疑如果沒有普朗克拔刀相助，愛因斯坦是否會成為創建近代物理的第二革命先鋒（相對論）。

至於愛因斯坦是否真是首位發現狹義相對論的物理學家，則請待下回分解。

註解

事實上普朗克及愛因斯坦本人完全低估了該篇論文的創見性，認為它只是洛倫茲理論的「延伸」而已。愛因斯坦的數學老師閔可夫斯基於1908年將時間和空間組合成一個現在稱為「閔可夫斯基時空（Minkowski space或spacetime）」的嶄新觀念，奠定了相對論的數學基礎，成為現在物理學家學習、了解、與討論愛因斯坦相對論主要（唯一）工具。

延伸閱讀

• 賴昭正：《我愛科學》（華騰文化有限公司，2017 年 12 月出版）：裡面收集了：「乙太存在與否的爭辯」(科學月刊，2017 年 5 月號）、「量子力學的開山祖師-普朗克」(科學月刊，1982 年 2 月號）等。
• 「黑體輻射光譜與量子革命」（科學月刊，2022 年 7 月號）。
• 「畢業求職碰壁，在伯爾尼專利局思索的愛因斯坦」（泛科學，2021/05/18）。
• 「思考別人沒有想到的東西——誰發現量子力學？」（泛科學，2022/06/01）。
• 「愛因斯坦其實沒那麼神？」（泛科學，2016/031/16）。
• 「抱歉了愛因斯坦，但我真的沒辦法頒獎給那個酷理論——為何相對論與諾貝爾獎擦身而過？」（泛科學，2021/07/28）。

「統治基本粒子領域20年的皇帝」、「夸克之父」、「活的百科全書」、「最具語言天才的物理學家」，這些稱譽都是形容一個人──美國物理學家蓋爾曼。

曾經，物理學家以為他們終於搞清楚原子的內部結構了：電子圍繞著由質子和中子組成的原子核。宇宙所有物質就由這幾個基本粒子構成。不料當他們自1930年代開始利用宇宙射線研究粒子碰撞時，竟陸續發現還有新的粒子，更別提後來有加速器可用時，撞出的更多新粒子了！

這是怎麼一回事？！科學的進展一直是循著「簡單就是美」的原則，而今面對這十幾種不同的粒子，該如何解釋呢？事實上，別說解釋了，光是想要從中找出某種規律或模式，就讓物理學家傷透了腦筋。難怪費米要說：「如果我有辦法記住這些粒子的名字，那我應該去當植物學家。」就在大家焦頭爛額之際，套句廣告詞：好險有蓋爾曼。

蓋爾曼從小就是天才兒童。他15歲進耶魯大學，21歲取得MIT博士學位，24歲主張在自旋之外還有新的量子數──奇異數（引用自培根名言：「凡絕美之物，必帶著幾許奇異」），成功解釋了為什麼某些粒子總是成對出現，而且發生衰變的時間遠比生成時間還久的奇特現象。27歲他成為加州理工學院有史以來最年輕的正教授。

1961年，蓋爾曼以數學中SU(3)對稱群的八維表示為基礎，將這些看似一團混亂的粒子一一擺到適當的位置，他將這個方法稱為「八重道」（取自佛家的「八正道」）。就像門得列夫制定元素週期表一樣，蓋爾曼不但為當時已發現的基本粒子找出模式，並且預測介子中的一個空格必定存在尚未發現的新粒子，幾個月後果然發現了這個η粒子。

模式找到了，但背後的基本解釋是什麼？蓋爾曼認為8這個數字絕對有其意義，經過計算後，他於1964年大膽主張質子與中子都不是基本粒子，而是由三個更小的夸克（出自喬伊斯《芬尼根守靈夜》中的海鳥叫聲）所組成。夸克模型優雅簡潔，即使後來又有更多新粒子出現，再據以擴充就可納入。蓋爾曼成了粒子標準模型的奠基者之一，而於1969年獲頒諾貝爾物理獎。

蓋爾曼雖然儼然是粒子標準模型的掌門人，他卻不墨守既有領域，反而不斷吸收新知，提攜年輕學者。70年代，他把一群得不到支持的弦論學者聚集到加州理工學院；1984年他藉由自己的聲望創立聖塔非研究院，作為「複雜系統」這個全新領域的研究中心。

從基本粒子這種化約論，跨到探索整體面貌的複雜理論；而其人文素養更是從他創造的那些名詞皆有典故可見一斑。蓋爾曼真是史上少見擁有全面觀點與開闊心靈的科學家。

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。