鑽研超新星 ３雄獲物理獎

【摘要10.5.2011蘋果 羅彥傑】瑞典皇家科學院昨公布今年諾貝爾物理獎得主，美國科學家裴穆特、施密特與芮斯，因細心鑽研遙遠銀河中的數十顆超新星、揭露「宇宙正加速膨脹」而獲殊榮。依其推論，宇宙最後會冰封且天空黑暗無光。

瑞典皇家科學院表示，裴穆特（Saul Perlmutter）將分得總獎金1千萬瑞典克朗（約4400萬元台幣）的一半，施密特（Brian Schmidt）與芮斯（Adam Riess）則共分另一半。施密特在接獲電話報喜時，正在澳洲坎培拉和家人晚餐。

加州大學柏克萊分校的裴穆特1988年率領「超新星宇宙論計劃」團隊，澳洲國立大學天文物理學家施密特與約翰霍普金斯大學天文學教授芮斯則在1994年底組成「High Z超新星研究團隊」，競相透過分析特定類型的超新星，來描繪宇宙的膨脹情況，並皆在1998年提出相似的研究發現。

「超新星」即爆炸中的恆星。物理學家數十年來都認為宇宙膨脹速度愈來愈慢，這意謂宇宙數十億年內在許多方面都與今日雷同。但裴穆特等人的觀測顯示，逾50顆遙遠的超新星散發的光較預期微弱，這顯示宇宙正加速度膨脹，推翻物理學界的基本預設。

皇家科學院在頌詞說：「近一世紀來，已知宇宙膨脹是因為約140億年前大爆炸的結果。然而，發現了此一膨脹正加速進行，實令人震驚。如果膨脹持續加速，宇宙最後會冰封。」

皇家科學院說，3位得主都對自身發現感到吃驚，因為原預期宇宙膨脹速度放緩，但結論卻是遙遠銀河正以加速度拉開與彼此的距離。宇宙膨脹速度一開始確實放慢，但自50億年前加快速度，主要是受到暗能量影響。暗能量一開始只是宇宙一小部分，但隨著物質被稀釋，暗能量已構成宇宙絕大部分，超過7成，且目前仍是物理學界的最大謎團。

國立自然科學博物館館長孫維新昨說，今年諾貝爾物理獎得獎研究不但描繪宇宙實際情況，也建立新宇宙觀，對天文物理學界至為重要。中研院天文所助理研究員呂聖元也表示，超新星爆炸研究讓人類了解宇宙起源及演化史，也進一步了解宇宙物質與能量分布情況，讓科學家對於宇宙未來演化發展有不同的推論，非常具有突破性。

孫維新指出，當一個質量比太陽大七、八倍以上的恆星走入晚年，會發生超新星爆炸。超新星分四種，這次獲獎研究觀察的是Ιa類型的超新星，該類超新星是以紅巨星與白矮星互繞的雙星系統組成，當白矮星承受紅巨星釋放出的物質，達到一定界限時就會爆炸。

孫維新說，天文學家可透過觀察爆炸亮度來計算各星系內的超新星位置、距離，藉此描繪出宇宙3D模型，了解宇宙真實狀況與演變過程。

獲獎的施密特前年曾受邀來台，在全球天文年活動中演講，講題就是超新星研究。孫維新回憶，當時Schmidt的演說，引發很多民眾興趣，沒想到真以該主題獲諾貝爾獎。

諾貝爾物理獎 得主小檔案

◎裴穆特 Saul Perlmutter
●國籍/年齡：美國/52歲
●任職機構：加州大學柏克萊分校
◎芮斯 Adam Riess
●國籍/年齡：美國/42歲
●任職機構：約翰霍普金斯大學與馬里蘭州巴爾的摩太空望遠鏡科學研究院
◎施密特 Brian Schmidt
●國籍/年齡：美國、澳洲/44歲
●任職機構：澳洲國立大學

徐弘毅：試以熱力學原理分析天文物理。

1.        熱力學第一定律，宇宙的能量是恆定的。宇宙140億年前大爆炸之前，物質彼此緊密結合的能量（類似化學鍵）釋放出來，造成了宇宙膨脹。

2.        熱力學第一定律也主張，能量會從一種形式轉變為另一種形式，但是轉換過程不會無故創造出能量，能量也不會憑空消失。宇宙膨脹的過程，每一團星雲、星系、星球等物質，依據它們的慣性、質量運動，有可能碰撞，有可能獨立疏離，也有可能互相吸引，這就是造成宇宙膨脹速度時快時慢的原因，這也是天文物裡學家講不清楚的「暗能量」。

3.        三位諾貝爾獎得主觀察到超過逾50顆遙遠的超新星散發的光較預期微弱，這顯示宇宙正加速度膨脹，遙遠銀河正以加速度拉開與彼此的距離。這符合熱力學第二定律認為：宇宙的「亂度」是持續增加的。

4.        宇宙中所有的星球正在追求獨立、自由，讓自己與其他星球的距離處於最合理、力量最均衡、最獨立自主的狀態，因此愈來愈分散。

5.        為什麼宇宙最後會冰封且天空黑暗無光？當所有的星球都與其他的星球保持最恰當的距離，不再活動調整距離時，星系間全都停止互動，整個宇宙亂度逐漸變成0，這樣的宇宙非常有秩序，星球與星球之間緊緊互相吸引，如同完美晶體。

6.        由於宇宙的所有物質已經不再劇烈運動了，物質的能量不會透過運動、碰撞轉換成熱能釋放出來，因此宇宙的溫度下降到絕對溫度的0度（－273℃）。這符合《熱力學第三定律》：完美晶體在0 K(絕對溫度)的時候，亂度等於0。

7.        為什麼有些物理學家認為宇宙膨脹速度愈來愈慢，有些物理學家認為宇宙正加速度膨脹？

8.        任何的物質在進行擴散作用的時候，它是不是呈現一個完美球狀的大小、持續作擴散呢？當然不是，絕大多數的物質應該是呈現不規則的擴散狀態，也就是說有些地方膨脹得稍微快一點，有些地方膨脹得稍微慢一點。每一個天文物理學家觀察的方位不同，就可能發現不同的天文現象。