伊波拉病毒

伊波拉病毒

病毒分類

組：      Group V（(-)ssRNA）

目：      單股負鏈病毒目 Mononegavirales

科：      纖維病毒科 Filoviridae

屬：      伊波拉病毒屬 Ebolavirus

種

雷斯頓伊波拉病毒

Reston Ebolavirus

蘇丹伊波拉病毒

Sudan Ebolavirus

象牙海岸伊波拉病毒

Ivory Coast Ebolavirus

薩伊伊波拉病毒

Zaïre Ebolavirus

伊波拉（Ebola）是一個用來稱呼一群屬於纖維病毒科伊波拉病毒屬下數種病毒的通用術語，可導致伊波拉病毒出血熱，罹患此病可致人於死，包含數種不同程度的症狀，包括噁心、嘔吐、腹瀉、膚色改變、全身痠痛、體內出血、體外出血、發燒等，感染者症狀與同為纖維病毒科的馬爾堡病毒極為相似。具有50%至90%的致死率，致死原因主要為中風、心肌梗塞、低血容量休克或多發性器官衰竭。

此病毒以非洲剛果民主共和國的伊波拉河命名（該國舊稱薩伊），此地接近首次爆發的部落，剛果仍是最近四次爆發的所在地，包括2005年5月的一次大流行。

伊波拉是人畜共通病毒，儘管世界衛生組織苦心研究，至今沒有辨認出任何有能力在爆發時存活的動物宿主，目前認為果蝠是病毒可能的原宿主。因為伊波拉的致命力，加上目前尚未有任何疫苗被證實有效，伊波拉被列為生物安全第四級病毒，也同時被視為是生物恐怖主義的工具之一。

電子顯微鏡下的伊波拉病毒結構

外觀

利用電子顯微鏡對伊波拉病毒屬成員的研究顯示，其呈現一般纖維病毒的線形結構[7]。病毒粒子也可能出現「U」字、「6」字形、纏繞、環狀或分枝形，不過實驗室純化技術也可能是造成這些形狀產生的因素之一，例如離心機的高速運轉可能使病毒粒子變形。病毒粒子一般直徑約80奈米，但長度可達1400奈米，典型的伊波拉病毒粒子平均長度則接近1000奈米。在病毒粒子中心結構的核殼蛋白由螺旋狀纏繞之基因體RNA與核殼蛋白質以及蛋白質病毒蛋白VP35、VP30、L組成，病毒包含的醣蛋白從表面深入病毒粒子10奈米長，另外10奈米則向外突出在套膜表面，而這層套膜來自宿主的細胞膜，在套膜與核殼蛋白之間的區域，稱為基質空間，由病毒蛋白VP40和VP24組成。

基因組

每個病原體是由鏈狀的負鏈核糖核酸病毒粒子構成。3'端沒有多聚腺苷酸化，5'端也沒有加帽 (capping)。基因組編碼七個結構蛋白和一個非結構蛋白。基因順序是：3'端一NP—VP35-VP40-GP-VP30一VP24一L一5'端，兩端的非編碼區含有重要的信號以調節病毒的轉錄 、複製 和新病毒顆粒的包裝。因為缺少相應的蛋白，基因組本身並不具備感染性，其中一種蛋白是RNA依賴的RNA聚合酶，是病毒基因組轉錄成信使RNA所必須的酶，它對病毒基因組的複製也有重要作用。

1976年至2003年，紀錄之薩伊伊波拉病毒爆發病例和死亡數

薩伊伊波拉病毒有高達90%的致死率，在流行地區死亡率1976年88%、1977年100%、1994年59%、1995年81%、1996年73%、2001年至2002年80%，2003年則是90%，27年平均為83%。

1976年8月26日首次於薩伊北邊城鎮爆發，首位個案紀錄為44歲教師Mabalo Lokela，當時他的高燒被診斷為疑似瘧疾感染，並且接受奎寧注射治療，這位病人每日回醫院就診觀察，一週後卻惡化為無法控制的嘔吐，帶血腹瀉、頭痛、暈眩伴隨呼吸困難，並開始自口、鼻、直腸等多處開始出血，於9月18日過世，病程僅約2週。

不久之後，更多病患帶著相似的症狀就醫，包括發燒、頭痛、肌肉痛、關節痛、疲倦、噁心、暈眩等。這些常發展成帶血腹瀉、嚴重嘔吐和多發性出血，初期傳染可能肇因於重複使用用過卻未消毒之針筒，後續傳染主要則是照顧病患時，在沒有適當安全措施的情況下受到病毒侵襲或傳統埋葬前置作業的清洗過程。

蘇丹伊波拉病毒

1976年至2003年，紀錄之蘇丹伊波拉病毒爆發病例和死亡數

蘇丹伊波拉病毒在1976年首次在蘇丹棉花廠工人身上被發現。研究人員指出，這名工人應該是在工廠中或附近接觸到到帶原生物宿主，但在檢測過工廠附近的動物及昆蟲後仍一無所獲，帶原宿主至今仍是未知。

第二個病例是一位住在蘇丹的夜店負責人，當地醫院用盡所有的方法治療他都沒有效果，最後還是宣告不治。醫護人員在治療時並沒有適當的防護措施，導致病毒傳遍醫院發生大爆發。

最近的爆發發生於2004年5月。2004年5月，蘇丹Yambio縣回報20個病例，並有五人死亡。疾病管制局在幾天後確認這些病例為蘇丹伊波拉，鄰近國家如烏干達、剛果皆增加邊界的守衛，以控制疫情。1976年蘇丹伊波拉的平均死亡率為53%，1979年為68%，2000年至2001年間為53%，平均死亡率為53.76%。

雷斯頓伊波拉病毒

1989年11月首次在一群由菲律賓進口至美國維吉尼亞州雷斯頓的食蟹猴(Macaca fascicularis)身上被發現。此一病毒對猴子有很高的致死率，但對人類並沒有致命性。

1990年2月，雷斯頓伊波拉病毒再次在雷斯頓、菲律賓以及德州爆發。1992年及1996年，更多病例在義大利托斯卡納和德州被發現。所有感染的猴隻出現與猿猴出血熱類似的症狀。在這兩起爆發中，沒有任何人類受到感染。

象牙海岸伊波拉病毒

象牙海岸伊波拉病毒這個品種首先在象牙海岸的塔伊國家公園中被發現。在1994年11月1日，二隻黑猩猩屍體在森林裡被發現。檢驗人員發現在心臟中的血液是棕色的且已液化（通常屍體中的血液在死亡十幾小時之後就應該完全凝固），內臟外觀並沒有明顯痕跡，肺中充滿血液。從黑猩猩身上採取到的組織顯示，此病毒與蘇丹伊波拉及1976年爆發的薩伊伊波拉十分相似。 1994年後，更多死亡的黑猩猩被發現，科學家用許多方法對病毒進行檢測。感染的來源被認為是一隻被黑猩猩捕食且帶有病毒的疣猴。

執行屍體檢驗的其中一位科學家感染了病毒。她出現了類似登革熱的症狀並在一星期後被送到瑞士治療。兩個星期後出院，在感染病毒之後的第六個星期完全康復。

症狀

1976的一張照片，當中有兩名護士站在金夏沙第三個病例(Mayinga護士)前。Mayinga護士於薩伊金夏沙市的Ngaliema醫院接受治療

症狀因人而異，會突然出現。最初的症狀包括：發高燒 (最少攝氏38.8度或華氏101度)、嚴重頭痛、肌肉、關節或腹部疼痛、嚴重乏力和疲倦、咽炎喉嚨痛、作嘔和頭暈。懷疑疫症爆發前，早期症狀會被錯誤診斷為瘧疾、傷寒、痢疾、感冒或其他細菌感染，這些病都較常見。

伊波拉病毒進而引致腹瀉、深色或帶血的糞便、咖啡樣吐血、因血管脹大而眼睛變紅、因皮下出血而皮膚出現紅斑、斑丘疹、紫斑和內出血。身體任何孔都會出血，包括鼻、口、肛門、生殖器官或針孔。

其他症狀包括低血壓 (低於90毫米汞)、低血容量、心悸、體內器官嚴重受損 (尤其是腎、脾和肝) 並引致 彌散性全身壞死, 及 蛋白尿。由病發開始到死亡 (通常因為低血容量性休克 和/或臟器衰竭) 通常為7至14日。染病後第二個星期，病人一是退燒，一是出現多個器官衰竭。

傳播方式

病毒可透過與患者體液直接接觸，或與患者皮膚、黏膜等接觸而傳染。病毒潛伏期可達2至21天，但通常只有5至10天。

雖然猴子間的空氣傳染在實驗室中已被證實，但並不能證明人與人之間能夠透過空氣傳播病毒。美茵嘉護士是空氣傳染的可能病例，研究人員並不確定她是如何接觸到病毒。

直至現在，伊波拉病毒的流行大都是因為醫院的環境，糟糕的公共衛生、隨處棄置的針頭、缺乏負壓病房都對醫護人員造成極大威脅。因為較好的設備及衛生，在現代化的醫院中，伊波拉病毒幾乎不可能爆發大規模流行。

在疾病的早期階段，伊波拉病毒可能不具有高度的傳染性，在此期接觸病人甚至可能不會受感染，隨著疾病的進展，病人的因腹瀉、嘔吐和出血所排出的體液將具有高度的生物危險性，由於缺乏適當的醫療設備和衛生訓練，疫情的大規模流行往往發生在那些沒有現代化醫院和訓練有素的醫務人員的貧困地區，許多感染源存在的地區正好具有這些特徵，在這樣的環境下，控制疾病的僅有措施是：禁止共用針頭，在沒有嚴格消毒情況下也不能重複使用針頭；隔離病人；在任何情況下都要依照嚴格的規程，使用一次性口罩、手套、護目鏡和防護服，所有醫護人員和訪問工作者都應當嚴格執行這些措施。

治療

治療首先是輔助性的，包括使病毒入侵最小化，平衡電解質，修復損失的血小板以便防止出血，保持血液中氧元素含量，以及對併發症的治療。排除個別病例，伊波拉康復者的血清在治療疾病中並沒有什麼作用。干擾素對伊波拉也是無效的。在猴子試驗中，凝固干擾素似乎能起一些作用，使原本100%必死的感染猴中存活下33%。USAMRIID的科學家宣稱，4隻感染伊波拉病毒的獼猴中有3隻康復。

疫苗

現已製造出使猴群不會被伊波拉病毒和馬爾堡病毒感染的疫苗；這些疫苗是以基因重組過的囊狀口腔炎病毒和濾過性病毒為基礎，上面附著伊波拉病毒。另外，現在也能夠通過把伊波拉病毒中八個基因的其中一個 "VP30" 拿走，從而製造出自身無法複製的伊波拉病毒。但是，現在尚無對人類有效之疫苗。

生物戰爭

由於伊波拉病毒致死率極高，因此被美國疾病管制局歸類為最高等級之生物恐怖主義的工具。被認為是最可怕的威脅公共安全、公共健康的潛在生物武器。

根據美國科學家於Fort Detrick和Biopreparat機構的研究，伊波拉病毒曾在冷戰期間被考慮作為針對蘇聯的生物武器。

伊波拉因其致命性強而被考慮作為生物武器，但由於病毒孵化期短，很可能在先殺死一部分人之後無法大規模傳播。因此有些病毒研究者希望通過結合天花病毒，製造出一種傳播範圍大、殺傷力強的病毒，作為恐怖主義武器。

1992年，日本的奧姆真理教領袖麻原彰晃曾帶領40名成員赴薩伊，希望獲得此病毒，作為大屠殺工具，但最後並未成功。

時空旅行

時間旅行（Time travel)，或稱時空旅行、時光旅行、穿越等，泛指人或者其它物體由某一時間點移動到另外一個時間點。事實上，所有的人都順著時間一分一秒的自然前進，所以時間旅行單指違反這種自然時間變化的方式：要不就是大幅度的前往未來，要不就是回到過去。

時間旅行不能避開的問題是因果的問題。有時也會把向過去傳遞信息稱爲時間旅行。「向過去傳遞信息」這種行爲也會造成對因果論的違背。

時間旅行常常作為戲劇或者小說中，將人物放在不同時空中的手段。科幻小說中也常常會以時間旅行作為主題。

一般認爲大幅度的前往未來在物理上可能，這只要坐上足夠快的飛船就行了，這種時空旅行的結果可由狹義相對論計算。利用萬有引力也是可以的（坐在引力場極強的地方），這種計算涉及廣義相對論。注意這裡指的是已經發現的自然規律提供了這些方法，這並不是說從技術和資金上，人類已經可以完成這些事情。人類可以把微觀粒子送往未來（可以用粒子的半衰期來檢驗），但把宏觀物體送往（較大幅度的）未來尚未能實現。

沒有物理定律明確表述回到過去（即使小幅度）是可能的。有一種說法是只要超過光速，就能回到過去。這一般是科幻小說的假想和大眾媒體中的誤讀：光速不可超越是相對論所設的前提條件，並且此限制體現在方程中，若光速被超越（姑且認為這是可能的），則相對論失效，不能作出任何預言。若承認相對論正確，則不可能通過超越光速（因為相對論說光速不可超越）的方式來完成回到過去的目標。（但這並沒有否認用別的方式來完成的可能性）

相對論聲稱不能使物體的速度超過光速，但沒有禁止有「一直比光運動更快」的物質存在。如果有這種物質，且人類能用它來傳遞信息，則也能用它來向過去傳遞信息。

物理上，也會以時間旅行作為思想實驗的工具，來檢驗一些理論（如相對論、量子力學）可能產生的推論。現在人類還沒有時間旅行（這裡指的是回到過去，或大幅度的前往未來）的能力，也沒有任何成功的實驗。但這也並不說明回到過去是不可能的。

根據愛因斯坦的相對論，在某些狀況下，比方說在不同的速度、重力下，兩個物體之間時間流動的速度會不同。這在某種意義上，可以稱得上是「天上方一日，人間已千年」的時間旅行。但是這類的方式，只能讓你前往未來，而不能讓你回到過去。這種單方向的時間旅行與傳統上在科幻中的典型「時間旅行」並不相同。科幻中的時間旅行往往會有較多的自由度（當然為了戲劇性，也會有所限制）。

根據狹義相對論，時間是可以伸展和收縮的，視觀察者移動多快而決定。舉例，假設A 在紐約登機飛到里約熱內盧，然後馬上再飛回紐約，而B 則一直在紐約甘迺迪機場裡。這趟旅程所費的時間對於A和B並不相同，對A而言，實際上所花的時間會更少。在一九七一年時，物理學家喬·哈菲爾（Joe Hafele）和理查·基廷（Richard Keating）做出証明。他們將高度精確的原子鐘放在飛機上繞著世界飛行，然後將讀到的時間與留在地面上完全一模一樣的時鐘做比較。結果証實：在飛機上的時鐘走得比實驗室裡的慢。[來源請求]物理學家將因運動而造成的時間減緩稱為時間膨脹效應：當運動速度越快，時間變得越慢（這是指靜止的觀察者所看到的，在高速運動的人自己看來，沒有什麼不同，見相對性原理）。

以上對於運動跟時間的效應的說明，跟時間旅行有什麼關係呢？以下引用雙生子佯謬來做進一步的解釋：莎莉和山姆是一對孿生子，他們決定測試愛因斯坦的理論，所以莎莉在2001年登上火箭，以99%光速飛向10光年之外的恆星，山姆則待在家裏。當莎莉抵達目的地時，立即掉頭，並以相同的速度返回地球。以山姆來看，這趟旅程的時間長短大約為地球上20年，但是莎莉所經歷的時間卻不同。對她來說，這趟旅程還不到3年，所以當她回到地球時，她發目前間已變為2021年，而山姆比她老了17歲，或者說莎莉已經被送到山姆17年後的未來。（目前地球上最快的太空船只能到達0.01%光速。）

速度只是扭曲時間的一種方法，重力則是另一種方法。愛因斯坦於1915年提出廣義相對論，將重力場對時間與空間的影響包括在理論中。如將數字代入愛因斯坦的理論中，會發現地球本身的重力造成時鐘每300年慢1微秒。1976年，羅伯特·維索特（Robert Vessot）和馬丁·列文（Martin Levine）從西維吉尼亞州將一枚載有氫邁射時鐘的火箭發射到太空，然後在地面上仔細監控。幾個小時後，火箭墜落進大西洋，而上面的時鐘比地球的時鐘多出了約0.1微秒。如果可以神奇地將地球擠壓到一半的大小（保留所有質量），地球表面的重力將變成2倍大，時間的扭曲也會變成2倍大。[來源請求]如繼續擠壓下去，當地球的半徑變成0.9公分時，時間將會「保持靜止」，沒有東西可以逃脫。詳見黑洞、史瓦西半徑。

在質量不變時，壓縮其體積，會導致星體的表面的引力場強度增加。宇宙中會發生這種壓縮，例如「中子星」。天文學家已確認在典型中子星表面上的時鐘，會走得比地球表面上的慢30%。若能夠從中子星表面望回地球，將會看到地球上的事情加快速度，就像是快速放映錄影帶節目一樣，不過在中子星附近的事情，看起來還是很正常。

基本粒子子簡介

基本粒子定義的變化

傳統上（20世紀前、中期）的基本粒子指質子、中子、電子、光子和各種介子，這是當時人類所能探測的最小粒子。 而現代物理學發現質子、中子、介子都是由更加基本的夸克和膠子構成。同時人類也發現了性質和電子類似的一系列輕子，還有性質和光子、膠子類似的一系列規範玻色子。這些是現代的物理學所理解的基本粒子。

基本粒子的分類

費米子

基本費米子分為 2 類：夸克和輕子。

1. 夸克

目前的實驗顯示共存在6種夸克（quark），和他們各自的反粒子。這6種夸克又可分為3「代」。他們是

第一代：u（上夸克） d（下夸克）

第二代：s（奇異夸克） c（魅夸克）

第三代：b（底夸克） t（頂夸克）

它們的質量關係是。另外值得指出的是，他們之所以未能被早期的科學家發現，原因是夸克決不會單獨存在（頂夸克例外，但是頂夸克太重了而衰變又太快，早期的實驗無法製造）。他們總是成對的構成介子，或者3個一起構成質子和中子這一類的重子。這種現象稱為夸克禁閉理論。這就是為什麼早期科學家誤以為介子和重子是基本粒子。

     2. 輕子

共存在6種輕子（lepton）和他們各自的反粒子。其中3種是電子和與它性質相似的子和子。而這三種各有一個相伴的中微子。他們也可以分為三代：

第一代：e（電子） （電子中微子）

第二代：（μ子） （μ子中微子）

第三代：（τ子） （τ子中微子）

玻色子玻色子（英語：boson） 是依隨玻色-愛因斯坦統計，自旋為整數的粒子。

規範玻色子

這是一類在粒子之間起媒介作用、傳遞相互作用的粒子。之所以它們稱為「規範玻色子」，是因為它們與基本粒子的理論楊-米爾斯規範場理論有很密切的關係。

自然界一共存在四種相互作用，因此也可以把規範玻色子分成四類。

• 引力相互作用：引力子（graviton）
• 電磁相互作用：光子（photon）
• 弱相互作用（使原子衰變的相互作用）：W 及 Z 玻色子，共有3種：
• 強相互作用（夸克之間的相互作用）：膠子（gluon）

粒子物理學已經證明電磁相互作用和弱相互作用來源於宇宙早期能量極高時的同一種相互作用，稱為「弱電相互作用」。有很多粒子物理學家猜想在更早期宇宙更高能量（普朗克尺度）時很可能這四種相互作用全都是統一的，這種理論稱為「大統一理論」。但是目前因為加速器能夠達到的能量相對普朗克尺度仍然非常的低，所以很難驗證。而大統一理論目前主要的發展方向是超弦理論。

膠子

膠子是強相互作用的媒介子，帶有色與反色並由於色緊閉而從未被探測器觀察到過。不過，像單個的夸克一樣，它們產生強子噴注。在高能態環境下電子與正電子的湮沒有時產生三個噴註：一個夸克，一個反夸克和一個膠子是最先證明膠子存在的證據

希格斯粒子

希格斯粒子（Higgs）是粒子物理標準模型中唯一還沒有在加速器上產生出來的粒子。粒子物理學家們認為希格斯粒子與其他粒子的相互作用使其他粒子具有質量。相互作用越強質量就越大。希格斯粒子本身質量極大，目前的加速器能量還無法達到，而理論的計算也比較困難。物理學家們普遍希望能夠在2008年將要開始運行的大型強子對撞機上產生出希格斯粒子。

標準模型預言存在2種希格斯粒子：和，但是也有很多科學家提出其他的可能性。

標準模型理論以外的理論性粒子

超對稱粒子

除了以上這些實驗已經證明的基本粒子之外，理論粒子物理學家為了解釋某些現有理論無法解釋的實驗現象，而猜想我們的宇宙中可能存在超對稱粒子。它們質量非常地大（相對一般粒子如質子而言），因此現有的加速器還無法製造他們。但是因為量子漲落的存在，因此它們可能在非常短的時間間隔內和非常小的機率下與我們可見的粒子發生相互作用，因此它們可以間接地探測到。目前每種粒子都被認為存在對應的超對稱粒子。並且被用來解釋某些物理現象。例如夸克的超對稱粒子用來解釋正反粒子數目的不對稱，以及中微子的超對稱粒子用來解釋為什麼中微子的質量如此之小（但不是等於0）。

假想的粒子

有一些粒子，僅僅是理論學家的假想，而基本沒有確切的實驗根據，因此可能宇宙中根本不存在。這些粒子的提出或者只是為了給某些現有的現象作一種可能的解釋，或者僅僅是這種粒子如果存在也不會破壞現有的物理定律，因此我們沒有理由相信他們一定不存在而已。例如某些科學家認為占宇宙總能量約25%的「暗物質」，就是一種與其他物質作用極其微弱的但是有質量的粒子（WIMP）。此外也有一些理論研究某些速度永遠大於光速的速子，以及磁單極子或加速子等等。

宇宙的起源

宇宙學家通常所指的大爆炸觀點為：宇宙是在過去有限的時間之前，由一個密度極大且溫度極高的太初狀態演變而來的（根據2010年所得到的最佳觀測結果，這些初始狀態大約存在於133億年至139億年前，並經過不斷的膨脹到達今天的狀態。

比利時神父、物理學家喬治·勒梅特首先提出了關於宇宙起源的大爆炸理論，但他本人將其稱作「原生原子的假說」。這一模型的框架基於愛因斯坦的廣義相對論，1922年，蘇聯物理學家亞歷山大·弗里德曼用廣義相對論描述了流體，從而給出了這一模型的場方程式。1929年，美國物理學家埃德溫·哈柏通過觀測發現，從地球到達遙遠星系的距離正比於這些星系的紅移，從而推導出膨脹宇宙的觀點。哈柏的觀測表明，所有遙遠的星系和星團在視線速度上都在遠離我們這一觀察點，並且距離越遠退行視速度越大。如果當前星系和星團間彼此的距離在不斷增大，則說明它們在過去曾經距離很近。從這一觀點物理學家進一步推測：在過去宇宙曾經處於一個密度極高且溫度極高的狀態，大型粒子加速器在類似條件下所進行的實驗結果則有力地支持了這一理論。然而，由於當前技術原因，粒子加速器所能達到的高能範圍還十分有限，因而到目前為止，還沒有證據能夠直接或間接描述膨脹初始的極短時間內的宇宙狀態。從而，大爆炸理論還無法對宇宙的初始狀態作出任何描述和解釋，事實上它所能描述並解釋的是宇宙在初始狀態之後的演化圖景。

1964年發現的宇宙微波背景輻射是支持大爆炸確實發生的重要證據，特別是當測得其頻譜從而繪製出它的黑體輻射曲線之後，大多數科學家都開始相信大爆炸理論了。

基本假設

大爆炸理論的建立基於了兩個基本假設：

1.物理定律的普適性和宇宙學原理。

2.宇宙學原理是指在大尺度上宇宙是均勻且各向同性的。

這些觀點起初是作為先驗的公理被引入的，但現今已有相關研究工作試圖對它們進行驗證。例如對第一個假設而言，已有實驗證實在宇宙誕生以來的絕大多數時間內，精細結構常數的相對誤差值不會超過10-5。此外，通過對太陽系和雙星系統的觀測，廣義相對論已經得到了非常精確的實驗驗證；而在更廣闊的宇宙學尺度上，大爆炸理論在多個方面經驗性取得的成功也是對廣義相對論的有力支持。

假設從地球上看大尺度宇宙是各向同性的，宇宙學原理可以從一個更簡單的哥白尼原理中導出。哥白尼原理是指不存在一個受偏好的（或者說特別的）觀測者或觀測位置。根據對微波背景輻射的觀測，宇宙學原理已經被證實在10-5的量級上成立，而宇宙在大尺度上觀測到的均勻性則在10%的量級。

光電效應

光電效應是指物質吸收光子（photon）並激發出自由電子的行為。由愛因斯坦提出並因此論文獲得了諾貝爾獎
當金屬表面在特定的光輻照作用下，金屬會吸收光子並發射電子（electron），發射出來的電子叫做光電子（photoelectron）。光的波長需小於某一臨界值（相等於光的頻率高於某一臨界值）時方能發射電子，其臨界值即為極限頻率和極限波長。臨界值取決於金屬材料，而發射電子的能量取決於光的波長而非光的強度，這一點無法用光的波動性解釋。還有一點與光的波動性相矛盾，即光電效應的瞬時性，按波動性理論，如果入射光較弱，照射的時間要長一些，金屬中的電子才能積累住足夠的能量，飛出金屬表面。可事實是，只要光的頻率高於金屬的極限頻率，光的亮度無論強弱，電子的產生都幾乎是瞬時的，不超過十的負九次方秒。正確的解釋是光必定是由與波長有關的嚴格規定的能量單位(即光子或光量子)所組成。這種解釋為愛因斯坦所提出。光電效應由德國物理學家赫茲於1887年發現，對發展量子理論及波粒二象性起了根本性的作用。
在以愛因斯坦方式量化分析光電效應時使用以下方程式：
光子能量 = 移出一個電子所需的能量 + 被發射的電子的動能


這個方程式與觀察不符時（即沒有射出電子或電子動能小於預期），可能是因為某些能量以熱能或輻射的形式散失了。

大強子對撞機

大型強子對撞機（Large Hadron Collider，簡稱LHC）是一座位於瑞士日內瓦近郊歐洲核子研究組織CERN歐洲核子研究組織European Organisation for Nuclear Research的對撞型粒子加速器，作為國際高能物理學研究之用。


研究主題
1.希格斯機制
2.精準測量重子
3.是否有超對稱粒子存在
4.為何物質與反物質是不對稱的
5.更高維度的存在
6.暗物質與暗能量
7.為何萬有引力如此小
設計與構造


LHC是在一個圓周為27公里的圓形隧道內，該隧道因當地地形的起伏而位於地下約50至150公尺之間。這是先前大型電子正子對撞機（LEP）所使用隧道的再利用。隧道本身直徑三公尺，位於同一平面上，並貫穿瑞士與法國邊境，主要的部份大半位於法國。雖然隧道本身位於地底下，尚有許多地面設施如冷卻壓縮機，通風設備，控制電機設備，還有冷凍槽等等建構於其上。
加速器通道中，主要是放置兩個質子束管。由於須維持前所未有高能量的粒子運行，加速管由超導磁鐵所包覆，以液態氦來冷卻。管中的質子是以相反的方向，環繞著整個環型加速器運行。除此之外，在四個實驗碰撞點附近，另有安裝其他的二極偏向磁鐵及四極聚焦磁鐵。
兩個對撞加速管中的質子，初步將以 5 TeV（Tera Electron Volt, 兆電子伏特）的能量對撞，總撞擊能量達10 TeV之多。（設計目標為14 TeV）每個質子環繞整個儲存環的時間為89 微秒 。因為同步加速器的特性，加速管中的粒子是以粒子團（bunch）的形式，而非連續的粒子流。整個儲存環將會有2800個粒子團，最短碰撞週期為25奈秒 。在加速器開始運作的初期，將會以軌道中放入較少的粒子團的方式運作，碰撞週期為 75 奈秒，再逐步提升到設計目標。
在粒子入射到主加速環之前，會先經過一系列加速設施，逐級提升能量。其中，由兩個直線加速器所構成的質子同步加速器（PS）將產生50 MeV的能量，接著質子同步推進器（PSB）提升能量到1.4GeV。而質子同步加速環可達到26 GeV的能量。低能量入射環（LEIR）為一離子儲存與冷卻的裝置。反物質減速器（AD）可以將3.57 GeV的反質子，減速到2 GeV。最後超級質子同步加速器（SPS）可提升質子的能量到450 GeV。
在LHC加速環的四個碰撞點，分別設有五個偵測器在碰撞點的地穴中。其中超環面儀器（ATLAS）與緊湊渺子線圈（CMS）是通用型的粒子偵測器。其他三個（LHC底夸克偵測器（LHCb）, 大型離子對撞機（ALICE）以及全截面彈性散射偵測器（TOTEM）則是較小型的特殊目標偵測器。
LHC也可以用來加速對撞 重離子，例如 鉛（Pb）離子因其荷質比(電荷和質量的比值)可加速到1150 TeV。
由於LHC有著對工程技術上極端的挑戰，安全的確保是極其重要的。當LHC開始運作時，磁鐵中的總能量高達100億焦耳（GJ），而粒子束中的總能量也高達725百萬焦耳（MJ）。只需要10−7總粒子能量便可以使超導磁鐵脫離超導態，而丟棄全部加速器中的粒子可相當於一個小型的爆炸。
於2010年3月20日首度成功進行了粒子撞擊實驗 , 並創造了高達7萬億電子伏特的龐大能量。

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