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42歲郭兆林 搶到「物理界聖杯」
【世界日報╱記者陳盈霖／洛杉磯專訪】 2014.08.12 03:22 am 郭兆林參加SLAC研討會。 (郭兆林提供) 發明偵測器，與研究團隊測得宇宙大爆炸後的重力波訊號，證實宇宙暴脹理論，被學術界譽為搶到「物理界的聖杯」，來自台灣的郭兆林(Chao-Lin Kuo)十幾年來數度前往「地球的最南端」，南極「掃」天空，希望從世界的盡頭看「最古老的光」，更準確找尋人類科學追尋無數年，「宇宙起源」的證據與答案。獲得柏克萊加大天文物理學博士，目前在史丹福大學擔任物理系與SLAC加速器中心助理教授，自小喜歡天文的郭兆林，在科研路上極為執著，純粹「為興趣做研究」。今年3月與研究團隊在哈佛史密森尼天體物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)宣布，他們在南極的BICEP2觀測望遠鏡找到「原始重力波」存在的證據。原始重力波是大爆炸之初，宇宙急速擴張產生的現象。這項發現受到舉世矚目，若經進一步證實，研究團隊具有問鼎諾貝爾獎資格。 今年3月郭兆林(右二)與研究團隊宣布，他們發現宇宙大爆炸後產生的重力波，背就是宇宙大爆炸的圖解。 (美聯社) 研究團隊這項發現，也讓今年42歲的郭兆林，頓時成為全球媒體邀訪對象。他曾多次受邀返回家鄉台灣，與台灣學術界進行交流，今年4月到6月，到台灣擔任訪問學者，在校園舉辦講座，更是場場爆滿，吸引無數青年學子。 郭兆林日前接受本報專訪，暢談解開宇宙誕生之謎研究外，對外界好奇的「南極掃天空」經驗也知無不言，以下是訪談摘要。問：宇宙起源為何，這是你多年探索的重心，可否談談宇宙的誕生、起源，也談談這項受人矚目的BICEP計畫，如何用偵測器找到「原始重力波」存在證據。答：無論天文學家、宇宙學家或人類，都有興趣探索地球如何來？宇宙怎麼來的？地球在宇宙中，就如汪洋中的一條船，從哪來、到哪去，科學家尚未研究出來。宇宙的空間與時間是相連的，距離愈來愈遠，代表愈來愈早的宇宙。宇宙非常大，但光速有限，每秒30萬公里的速度，僅是地球到月球的距離，一般人看到的月亮，是一秒鐘前的，看到的太陽是八分鐘前的。肉眼可看到最遠的星系，是300萬年前發出的光，而目前最先進的光學望遠鏡，能看到100億年前發出的光。早期的宇宙，沒地球、銀河、微生物，只有微小如電子質子等物質，誕生之際密度分布就存在雜訊，密度高的地方重力強，搶走了低密度的物質，以致密度大的部分愈來愈大，密度小的便愈來愈小。這個密度起伏，也就是我們現在看到的星系，如銀河系最早起源。至於初始的密度起伏怎麼來，重力波會讓我們看的更清楚。早期的宇宙愈遠，愈早，也愈熱，熱到如太陽表面那麼熱，到最遠處，東西都呈現游離狀態，所以不論從那個方向看，都只能看到一道火牆，這個火牆，就叫做宇宙背景輻射(CMB)。宇宙背景輻射是最古老的輻射，也是宇宙最早的圖象。而宇宙屬於擴張狀態，星系遠離我們的速度和距離成正比，亦即宇宙空間本身還在均勻的膨脹，距離我們越遠的東西速度就越快。問：重力波現象是過去沒有人能發現和證實；你們的研究團隊是如何讓大爆炸不再停留在「理論」階段，解開宇宙誕生之謎？答：愛因斯坦曾在1916年相對論中，預測會找到重力波，1980年代的爆脹理論，是解釋宇宙大爆炸的問題，也正確預測初始的宇宙密度起伏。這個宇宙曾急速膨脹的「大暴脹」(Inflation)理論，這可以仰賴重力波加以檢驗。重力波與電磁波相似，就像是有質量的東西震盪時，透過空間的波動傳遞到遠方，使遠方物體也感受到震盪，發現重力波，就是用科學方法，探測宇宙怎麼來的。我們的研究小組，在最接近太空的南極，使用超級望遠鏡「BICEP2 」觀察大爆炸遺留下的光，結果看到了科學家稱為「B Model」的痕跡。這實驗結合高科技精密儀器，與不可思議的理論預測。目前看到的，是「宇宙背景輻射的偏極」，這與重力波的預測是吻合的，但目前研究結論，無法完全認定，所看到的訊號，是否是重力波造成，所以還有待進一步確認。問：學界認為你們研究團隊能證實宇宙誕生時快速暴脹的印記－「重力波」，之所以能搶先觀測到證據，要歸功於設計BICEP2偵測器比別人更好、更靈敏，才能觀測到非常微弱的宇宙訊號，能否說明設計的宇宙偵測器製作過程與實驗的內容？答：目前我們團隊約20人，我們的實驗，說穿了就是用望遠鏡「掃天空」，從2003年至今，都在「掃天空」，結合高科技與不可思議的理論預測，找重力波強度究竟有多大。在這個跨國團隊中，需有良好溝通，且事先做好計畫，否則一旦錯過11月到2月，南極得以進出的時間，就需再等一年。我們用的實驗的折射式望遠鏡，有兩片透鏡，約一個成人的大小，困難之處，是靈敏的偵測器(Detector)，必須冷卻至極低溫才能運作。我們的實驗非常複雜，所用的物理與工程概念既廣且深，每部分都是團隊自行設計。我們隨時都要找廠商，將設計圖製造出來。一開始找廠商製作這種望遠鏡，被廠商視為「瘋狂」，但我們教導他們，最終廠商也成功製造出來，他們不知道他們公司可以做到。我們的科學目標雖然高遠，這也算我們無形中提供的產學合作的入世價值吧。問：可以透露下一步研究計畫嗎？答：今年年底，會再去南極一次，主要是進行BICEP3階段，確認我們現在發現的訊號，是否是重力波造成，未來幾年，研究團隊計畫用多頻率、更靈敏的儀器，在排除如銀河系等宇宙前景干擾的情況下，進行確認、證實。問：多年來，你的研究都是在南極進行，為何麼選擇到南極，第一次是在何種情況下成行？答：第一次去南極是讀博士班時，我當時是指導教授第一個學生，因為我看他研究「用微波看宇宙背景輻射」的ACBAR實驗，覺得很有興趣，便去當他學生。在天文學來說，距離愈遠，代表年代愈古老。南極是研究宇宙背景輻射的聖地，微波會被水吸收，因此需要高海拔、溫度低、少水氣的地方，訊號才不會被吸收。第一次到南極，是與教授和其他研究者一起去，因為南極只有在每年11月1日至隔年2月14日開放，所以我們約在年底出發。2001年再去之後，完成博士學位，畢業後持續進行新計畫，同時加入目前的BICEP研究團隊研究，2005、2008年分別去過南極，一次約停留兩個月左右。目前為止，我總共去過四次南極，今年底還會再去一次。問：南極已成為全球科學研究的重鎮，你們的科學實驗站到底怎麼運作？答：我們的實驗，受到美國科學會(NSF)全力支持，我們先坐飛機抵達紐西蘭基督城，實驗儀器準時送到范杜拉(Ventura)北邊的Port Hueneme，幾天後便會出現在南極。連禦寒衣物，NSF也都準備齊全。抵達基督城後，便搭乘美國軍用運輸機，到南極的McMurdo，這是個美國科學實驗站，用來研究大氣、冰河等。運輸機有兩種，一種是噴射型C17，到McMurdo約五小時，另一種是螺旋槳的C130，約飛七小時。但我們的研究，必須再搭軍用運輸機再往南飛三個多小時，到南極點(South Pole)，這時只能搭乘C130，因該飛機有安裝雪橇，可在軟雪的表面降落。一般來說，加上等待飛機、天候的過程，從美國出發，三天內可抵達南極點。那邊的氣候，大約是攝氏零下30度左右，11月有時溫度會降至攝氏零下四、五十度。12月、1月，溫度會慢慢上升，最熱時溫度大約是華氏0度。2000年第一次到南極時，並沒有大型科學站，是睡在有暖氣設備的軍用帳棚內，木頭上面蓋著帆布，用柴油發電。南極海拔挺高，約2850公尺，剛開始去，空氣很清新，但有時會呼吸困難。當地有專業廚師，十多年前沒有新鮮蛋、蔬菜等供應，對外通訊用人造衛星，比現在差。2003年，大型科學站建立後，研究環境改善很多，科學站內有溫室、撞球台、籃球場、餐廳、房間，還有溫室，種植新鮮蔬菜，裝設網路電話，一天大約有七、八小時，透過衛星可上網。我們所處的南極點，看不到企鵝，我也只在McMurdo遠距離看過。我們會舉行「繞著信貸基隆仁愛信貸地球跑」活動，只要繞著南極點跑一圈，全長約三哩的路跑，就是繞著地球跑了。我們也常常觀察空氣中的冰晶，每個冰晶都不相同，稱之為「幻日現象」。南極點是美國科學站，南極大陸其他地點除美國科學家外，還有來自俄國、中國、日本科學家。問：深入南極，碰到最困難、令人沮喪的情況是什麼？答：我算很幸運，進入南極的過程，並沒碰到太艱困情況，但曾有科學家，從基督城起飛，快抵達McMurdo實驗站時，因天候太惡劣無法降落，只能再飛回基督城。單程一趟七小時，這下子又得花上七小時回基督城，等於花上14小時，又回到原點。當然，我們也從過去多年來在南極的失敗經驗中，學到不少。早期儀器，很多暴露在酷寒中的動力機械裝置(Moving Part)，都因氣溫太冷故障，包括望遠鏡太冷失焦、動力系統損壞，熱漲冷縮情況嚴重。原本替這些儀器「穿衣服蓋電毯」，發現根本不夠，因此現在將儀器都放在室內，只露出鏡頭部分。問：今年4月到6月你在台灣進行四、五場演講，對台灣高等教育、學生有什麼看法、建議？答：台灣的科學與高科技的土壤還是相當肥沃，學生數學理化底子很好，這是台灣學子優勢，美國近幾年已經驚覺數理的重要與自身教育的不足。現在台灣有些雜音，要減少數學課程時間，等於自廢武功，將台灣學生優勢拿走。我認為要讓學得來的人，有機會學習，不能太快決定這個學生學不來。但台灣的研究機會，相較美國就少一些，這幾年台灣學生願意出國留學的不多，大家都怕麻煩，有陣子電子產業景氣好，大家一畢業就在新竹園區找了工作，留學風氣少很多，我認為若有機會出來看看，是很好的。問：你從小喜愛天文，啟蒙是在何時？如何開展出自己的一片天？答：大概是國小時，從有印象以來，就對天文很有興趣，小時候常常問自己「宇宙有沒有邊」、「宇宙是否有限，還是無限大」，通常我會這樣問自己，無人可以回答時，便開始看書，希望找到答案。我的老家在桃園中壢，高中時跨區到台北考上建國中學，之後進入台大物理系，大學時期加入天文社。大學畢業後，曾在1995年至1996年，在前中研院天文物理研究所所長袁旂研究。之後到柏克萊加大攻讀物理，2003年拿到博士學位。畢業後至2007年，我到南加州，在加州理工學院、噴射推進實驗室(JPL)進行博士後研究，2008年再到史丹福大學至今。目前我的團隊內，有五名博士生、兩名博士後研究生、三位研究助理，約十人，算是規模不小的團隊。問：研究之外，你是如何兼顧家庭、休閒生活？答：太太周念縈小我一屆，台大法律系畢業後，就讀台大新聞研究所，曾在台灣聯合報擔任過編輯，我們是同一社辦認識、交往。有一兒一女，分別是五歲與一歲。我們一起到柏克萊加大唸書，現在我們還是會一起翻譯書籍，包括知名物理學家霍金寫的「我的人生簡史」等四本書，另外「愛因斯坦—他的人生他的宇宙」、「科學的九堂入門課」等，都是太太與我一起翻譯。休閒生活，大都是太太安排，每年全家都會去旅遊，大家去過的我們都去過，沒去過的地方，如印度、加拉巴戈群島、北極圈育空區等地，我們也去過了。家人沒去過南極，太太也想去，所以我們考慮明年到南極旅遊。採訪側記儘管因測得宇宙大爆炸後的重力波訊號，支持宇宙暴脹理論，成了國際知名學者之一，甚至被媒體譽為「諾貝爾得主」熱門人選之一，郭兆林依舊一派輕鬆、低調與隨性，絲毫不受「盛名」影響。採訪當天，適逢郭兆林應南加州台灣大學校友會之邀，特別搭機到南加州，在校友會年會上講解「宇宙的起源」。一身簡單的休閒襯衫、褲子的低調打扮，進入記者會現場時，部分校友會成員，甚至不知道「這位就是教授」。「郭兆林就是個平凡人」，周念縈不止一次在報章雜誌專訪上，這樣定義著他。事實上，年輕的郭兆林平易近人，演講會上，不時出現「郭氏幽默」，講起艱澀、困難的科學理論，儘量使用「平凡人聽得懂」的語言，舉出簡單的比喻，希望讓大家聽得懂。「我單純是有興趣」，採訪時，郭兆林如此強調，話不多的他，談起「宇宙」、天文物理，卻又顯得自信、從容。或許，就是這股「科學家的執著」，人類自古以來「宇宙怎麼來」的疑惑，可以很快有答案。
新聞來源http://forum.udn.com/forum/NewsLetter/NewsPreview?Encode=big5&NewsID=8863763
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