物理雙月刊 6月號/2021 第3期

週期表是所有物質科學研究中最重要也是最基礎的參照聖經。自門德列夫(Дмитрий Иванович Менделеев)提出了第一張的元素週期表以來,材料科學、核物理等的相關研究領域都有飛躍性的進步。時至今日,週期表已經增加到了第118號元素,並填滿了第七週期的所有位置。多年來核物理學家們的努力,不但增進了人類對新元素合成的知識,也在過程中獲得了宇宙中的知識。還記得總編輯還在國中階段讀書時,元素只列到107號元素,而104到107號的元素也尚未命名。背下這107個元素的位置與名稱,成了當時許多國中生的惡夢。看著107號元素之後的空位,總是會安慰自己說幸好出生在這個時代,要是再晚出生100年,那時的學生可能要背上數百個元素,同時還要會寫這些元素對應的詭異新字呢!但是這就引發了一個科學問題,元素的原子序是否可能無限的增加下去,是否可能產生一種元素,其原子序是成千上萬的嗎?科學家在上個世紀研究超鈾元素時(排序在鈾之後,原子序大於92的元素),獲得了許多元素合成的規律與理論,而這些新元素的追尋,也引發了幾個研究團隊的競合故事,在本期的專文中將會有相關的故事與探討。

關於新元素的追尋,是否只能靠科學家使用加速器來創造呢?這個問題的可以由天上的恆星說起。我們所處的宇宙,自創生以來,由最初原始的氫、氦等輕元素,一直到形成恆星發生核融合開始,接連地由鋰、鈹...不斷的聚合到最後穩定的鐵。
至此,似乎組成宇宙的所有元素已經大致完成。然而,質量夠大的恆星,在其生命的最後一刻,核融合變成吸收能量而非釋放能量,因此造成輻射壓變小而無法與重力抗衡,使得大量的質量開始向恆星的中心塌縮,猶如迴光返照般地,再次形成高溫高壓的環境,在這樣的狀況下,恆星能再進一步產生原子序比鐵大的元素。然而,這已經是大質量恆星的生命終點。如果發生的塌縮無法進一步形成黑洞,則會產生超新星爆炸,將其最後時刻所形成的鐵與重元素拋飛到宇宙中,而殘餘的核心則會形成緻密的中子星。因此在你我的身上,許多原子序比鐵大的元素,都是來自於超新星爆炸的傑作。可以說每個人都是「來自星星的你」呢!這些天文學的相關核物理知識,來自於地面上的研究。同樣地,科學家們也能由宇宙中的超新星殘骸,來追尋超重元素與研究恆星的生命史。這樣的研究可以說是名符其實的「見微知著」。歷史上,類似的狀況層出不窮。在這裡可以說一個有名的故事。1970年時,尚比亞的修女瑪麗 尤肯達(MaryJucunda)曾寫信給NASA馬歇爾太空中心的科學副總監—恩斯特 史都林格(Ernst Stuhlinger)博士。她信中寫道:「目前地球上還有這麼多而兒童都還吃不飽,為何NASA還捨得為遠在火星的研究花上數十億美元呢?」史都林格的回信裡,則提到了另一個故事。故事中說到在四百年前的瘟疫中,一個德國伯爵發著善心不斷地幫助窮人,但也同時一直支助著一個研磨玻璃片並將其放到鏡筒的怪人。當大家覺得人民已經深受瘟疫之苦了,為何還要浪費錢去支持這樣無用的興趣時。伯爵說他除了會盡可能地幫助大家外,也深信支助這個人的工作總有一天會有回報。最後這個怪人跟他同期的研究者發明了顯微鏡,造成了醫學前所未有的進步,消除了大量的瘟疫。說完了故事,史都林格在信中繼續地回答,大意是說太空計畫的直接目的或許無法解決糧食問題,但是所衍伸出來的技術可以用在其他有助於人類的新技術發展,並給人們來帶來更好的生活![1]這封信點出了兩個重點,第一個就是科學的發展,總非只能達到單一目標。事實上,如史都林格信中所說,太空科技的發展,的確衍生出了許多民用、農用技術。第二個,看似無用的研究,或許有一天也可能幫助人類走向更好的生活型態!對比於今日,核物理學家們在地面上的研究,讓天文學家能夠了解更多的宇宙知識,反之亦然。而這兩者研究的直接或是衍生知識,事實上已經有部分,真實的在幫助人類的生活呢!
[1] https://lettersofnote.com/2012/08/06/why-explore-space/

05角度無關的結構色指南
11斷裂之際,與裂縫相距遙遠的分子也遭波及 作者
15巧奪造化之功的超重元素
23星際間的重元素與超重元素
31自旋物語(上)自旋打哪兒來?
37自旋物語(下)天字第一號定理 
43粒子物理行(十一)-真空 
47愛因斯坦的真正革命性思想-光量子假說 
51「力場」為何比「超距作用」更合理?
61諾貝爾物理獎1955年:威利斯‧蘭姆、波利卡普‧庫許
64諾貝爾物理獎1956年:威廉‧蕭克利、約翰‧巴丁、華特‧豪澤‧布拉頓
67疫情背後的數學

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