重點提要

■1869年，門得列夫（Dmitri Mendeleev）發現化學元素的性質有一定的重複模式，因此創立了元素週期表。物理學家後來認為，這種重複模式源自原子的結構。今天在粒子物理學中，或許也會出現相同的狀況。

■目前已知的12種基本粒子也有重複模式，因此可能並非真正基本，而是包含更小的粒子。物理學家暫時將這種粒子稱為「前子」（preon）。

■ 但是，其他證據並不支持這種可能性。歐洲核子研究組織（CERN）的大強子對撞機（LHC）和一些其他的實驗，或許可以解決這個問題。

宇宙是個既複雜又難以理解的地方。我們在空氣中行動自如，但沒辦法穿牆而過。太陽將一種元素轉變成另一種元素，讓地球沐浴在溫暖和光亮之中。無線電波可以將人類的聲音從月球表面送往地球，γ射線卻可能對我們的DNA造成無法復原的損害。從表面上看來，這些現象之間似乎互不相干，但是物理學家發現了若干原理，再整合成極度簡潔的理論，能夠解釋包含這些在內的許多現象。這項理論稱為粒子物理學的「標準模型」，涵括了使牆壁形成固體的電磁力、使太陽放射出光和熱的核力，以及現代通訊賴以運作和可能威脅人類健康的各種光波。

標準模型是史上發展得最成功的一項理論。本質上，這個模型假設無法再加以分割的物質粒子有兩種，分別是夸克和輕子。不同種類的夸克構成了質子和中子，最常見的輕子則是電子。適當比例的夸克和輕子可構成各種原子，再進一步構成宇宙中的各種物質。這些構成物質的粒子由四種力結合在一起，分別是大眾相當熟悉的重力和電磁力，以及較不熟悉的強核力及弱核力。電磁力與強、弱核力是透過交換「玻色子」來傳遞，但由微觀角度來解釋重力的各種嘗試，至今尚未成功。

標準模型還有其他問題無法解答，例如：力為什麼有四種，而不是三種或五種？基本粒子為什麼分成兩類，而不能以單一類別涵括全部的粒子？

這些問題都相當引人好奇，然而長久以來，另一個謎團一直吸引著我和許多物理學家的注意。標準模型把夸克和輕子視為不可分割的粒子，但令人驚訝的是，有許多跡象顯示，它們可能是由更小的粒子所構成。如果夸克和輕子不是最基本的粒子，而且更小的粒子確實存在，我們勢必得大幅修改我們的理論。拉塞福（Ernest Rutherford）於1911年發現原子結構之前，核能對人類而言難以想像，同樣地，進一步深入探索次原子世界，一定也會揭露我們目前想像不到的現象。

科學家要解決這個問題，必須讓粒子以極高的能量相撞。從1970年代開始觀察夸克以來，我們一直缺乏能夠一窺夸克內部的工具。但現在，歐洲核子研究組織（CERN）的大強子對撞機（LHC）正在加速運轉，將可協助我們完成這項任務。LHC日前已經發現重要的證據，證明標準模型中最後一個尚未找到的粒子——希格斯玻色子確實存在。

世代差異

夸克和輕子具有內部結構的初步線索，來自探討另一個未解難題時的研究，這個難題與已知的各種夸克及輕子數目有關。質子和中子由「上夸克」和「下夸克」這兩種夸克構成，上夸克具有質子的+2/3單位電荷，下夸克則具有質子的-1/3單位電荷。雖然只要有這兩種夸克和電子，就足以構成宇宙中所有物質，我們仍觀察到有其他夸克存在。奇夸克的電荷和下夸克相同，但質量較大，底夸克的質量則比奇夸克更大。同樣地，魅夸克的質量大於上夸克，而質量特大的頂夸克則是夸克家族的最後一個成員。粒子物理學家已經觀察到這些夸克，但較重的四種夸克會在幾分之一秒內衰變成較輕的兩種。more

杜蘭特（John Durant）很喜歡吃肉，但冰箱沒有辦法放太多肉，因此他把肉品存放在合租公寓裡的白色大冰櫃中。29歲的杜蘭特從冰櫃中拿出幾塊用紙包裹的冷凍鹿肉，還從冰塊中挖出幾片草飼牛肉。他給我看了羊腎、豬背肉和火腿。杜蘭特是舊石器時代飲食的支持者，他嘗試用與演化前期祖先同樣的方式來進食：大部份都吃肉，通常是紅肉，如煮熟的牛肉、豬肉、羊肉或其他哺乳動物的肉，而且幾乎每天都吃。

杜蘭特目前正在寫一本舊石器時代生活方式的書，其中至少有一件事是正確的，那就是：沒有肉，人類可能不會有今天。演化生物學家指出：狩獵比賽和吃熟肉明顯改變人體的結構，並且可能有助我們發展出更大的腦。現在肉類是所有富裕國家（日本除外）最大的蛋白質來源，到2030年，全球每年的肉類消費量可能會達到3.76億公噸。

然而比起生活在數百萬年前的早期人類，大多數工業國家人民的生活更為靜態。我們祖先需要努力取得各種食物，如果沒有成功獵殺到動物，就會遭受飢餓之苦，然而現代大部份人只要想吃，就能輕易獲得富含熱量的肉類。所以我們實際上吃了比健康所需還要多的肉嗎？

在20年前，大多數營養學家會回答：「是的。」特別是針對多脂肪的肉，如漢堡或肋排。畢竟人的身體可以把肉類的飽和脂肪轉換成血液中的膽固醇，會導致動脈粥狀硬化，這也是心臟病發作和中風最常見的原因。然而一些研究人員最近開始懷疑：長久以來一直認為紅肉和心血管疾病之間的關聯，其實並沒有那麼緊密。more

那時節我在美國航太總署（NASA）工作，有一回翻閱當時讀小學的女兒的家庭作業，不經意地看到她美術課的畫作「我的家園」（右圖），令我感慨萬千。除了「到底不愧是NASA科學家的女兒」的一點自我良好感覺以外，我想到的是自己當年在台灣上小學時，對於「我的家園」題目所畫出之畫作，大抵不外下方右圖那般。兩個孩子心目中對「家園」的認知有著強烈對比，凸顯了兩代間教育的進步和成功，也見證了背後值得驕傲的科學進展。

左上方標題旁的地球圖片是幀照片，拍攝時間是1972年12月7日，介於上述的兩代畫作之間。這是NASA宏偉的阿波羅登陸月球計畫的最後一次任務；在此之前已經成功登月五次，而此行完成後，人類的一輪登月行動即將畫下句點（見2007年11月號〈重返月球：這回玩真的嗎？〉）。此刻，阿波羅17號從地球出發已航行了五個小時，距離地球有4萬5000公里。太空艙裡三位太空人前後拍攝了好幾幀地球全景照片，並傳送回地球。根據事後判斷，圖中那幀照片的拍攝者應是施密特（Harrison H. Schmitt）。他身為地質學家，是第12位、也是最後一位踏上月球的太空人，後來當選過一任（六年）美國聯邦參議員。

12天後，完成了登月任務回到地球的太空人們，發現世界各地的鄉親竟然正在瘋狂傳閱該照片。各界爭相報導、評論；民眾無不驚歎，部份繼之以反思；商人則照例趁機大發利市，熱賣畫報、印衫。照片本身則被冠以「藍色彈珠」（Blue Marble）的雅號。（地球有個綽號叫做「藍色行星」，而marble一字的原義是大理石，也用以代指童戲的彩石彈珠。）

為什麼引起如此大的轟動？先前也曾有人造衛星及太空人拍攝過地球遠景照，但從未如此完美、如此彩豔、如此傳神，帶給初睹此情此景的人心如此強烈的震撼。人類頓然驚覺：我們的居所只是懸浮在蒼穹間的彈丸；人們得以從身外的角度看到，竟日汲汲營營的人類社會，全都只存在於那顆藍色彈珠的表面，籠罩在細薄如蟬翼的大氣層裡，也並沒有地球儀上那些刻意強調的人為國界。藍色彈珠是大家共同擁有、共同享用的家園，是唯一的、賴以生存、離不開的家園；它莊嚴美麗令人目眩神迷，卻又精緻脆弱幾乎吹彈得破。more

母乳可能是嬰兒最初的食物，但是成份不盡相同。研究人員發現，人類及其他哺乳動物的母乳成份，會依據嬰兒的性別以及家庭經濟狀況好壞而調整。了解這些差異，能讓科學家洞悉人類的演化。

美國密西根州立大學與其他機構的研究人員研究了72名肯亞農村的母親，發現生兒子的婦女，母乳通常較為濃稠（脂肪率2.8%，生女兒的為0.6%）。然而，在窮人家的婦女中，則以生女兒者的乳脂較高（2.6%相對於2.3%）。這項發表在2012年9月《美國體質人類學期刊》的研究結果，呼應了先前的研究，包括灰海豹與紅鹿的乳成份隨幼獸性別而不同，以及恆河猴乳成份因寶寶性別及母親狀況而異。這項新的研究發現，也與在美國麻州進行的一項研究結果不謀而合：家庭富裕、營養良好、餵哺男嬰的母親，其母乳成份的能量密度較高。

這些研究結合起來，為一個40年前提出的演化生物學理論提供了支持證據。「崔弗斯–威勒德假說」（Trivers-Willard hypothesis）認為，在艱困時期，天擇有利於養育女兒，生活條件好時則有利於養育兒子。這種失衡現象在一夫多妻的社會裡更為顯著，例如肯亞鄉下，一個男人可與多個妻子養育兒女。在這樣的社會中，男孩子長大後可能成為強壯、受歡迎、擁有許多妻小的男人，也可能一無所有。因此，家境富裕、有條件投資在兒子身上的父母，理當投資在兒子身上，因為這個賭注能讓他們有更多孫子。相反地，貧困的父母則不該大量投資在兒子身上，因為他們的後代一開始就處於社會經濟階層的底層，不大可能得到回報。對於這些家庭，養育女兒是比較安全的賭注，因為只要她們能活到成年，就可能產生後代。more