【人物專訪45】以基礎物理預測未知,航向天文的浩瀚荒原——專訪中央研究院物理研究所吳孟儒副研究員

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【人物專訪45】以基礎物理預測未知,航向天文的浩瀚荒原——專訪中央研究院物理研究所吳孟儒副研究員

採訪 / 許至雅 (科學推展中心執行編輯).撰稿 / 鄭懋奇 (科學推展中心特約編輯)

審訂 / 吳孟儒 (中央研究院物理所 副研究員)

 


 

  宇宙中的物理現象,地球上的人類難以憑空想像,多數時候需仰賴觀測才可得知。但有更多時候,科學家都在「為觀測做準備」。天文事件發生有時短至數秒,天文學界卻可能需要耗時超過十年準備觀測——包含理論預測;如同蟬在地底蟄伏七年,為的只有在樹上大鳴的七天。中研院物理研究所的吳孟儒副研究員正是如此。面對靜謐與漫長的不確定,他以數值模擬和方程式推導,抽絲剝繭、反覆驗證,嘗試揭開宇宙謎團。他的期待,是透過「預測」引導天文學家們,在變化發生於浩然的星際之前,率先窺探可探索的未知真理。

 

棒球科學少年,嚮往用數學語言詮釋世界
  直到大學畢業,吳孟儒都「沒有」修過任何一堂天文課。那個年代讀物理,主流研究方向之一是基本粒子,他順應趨勢,將修課重心全用於為粒子物理鋪路,未曾想過跨足天文物理。直到遠赴美國攻讀博士學位,因緣際會下跟隨指導教授錢永忠,投入超新星相關粒子與核物理研究,這才將微觀的粒子視角,正式帶入巨大星體的演化脈絡中。
  「可以用數學的語言去解釋這個世界是怎麼運作的,這個方法非常了不起。」吳孟儒的科學起點,或許正是這句話。年少時期的他,在閱讀科普書籍的過程中,體會到科學的迷人之處,從此埋下走向研究生涯的種子。而他對數字的敏銳,在童年時期便已展露端倪。兒時看棒球,他不像多數人僅關注球場上的激烈廝殺,反而對場上的「數據」特別好奇,長大後甚至還想過投身棒球統計領域。縱然相隔數十年,眼前的吳孟儒彷彿還是那位對數字著迷的少年,言談間保有對物理最純粹與肯定的熱情。

 

物理到天文的追尋,以「基本」解「未知」
  才國中、對世界仍一知半解的吳孟儒,已經嚮往用數學的語言理解世界。順利考取物理系,遠赴美國求學的他,則在明尼蘇達大學錢永忠教授的指導下,發現「可以用非常基礎的物理學,去理解龐大的星體內部究竟發生了什麼事,以及它是如何演化。」那顆企圖以純粹符號網羅複雜萬物的心,獲得了新的追尋。
  他帶著從博班老師身上習得的毅力與嚴謹,走入漫長的天文物理研究,開始嘗試以最基礎的物理機制預測星空。將粒子物理、核物理與超新星的研究結合,這也意味著日常必須與龐雜的方程式進行無止盡的奮鬥。在缺乏觀測數據即時反饋的推導中,卡關、找不出原因的漏洞都是家常便飯。但每次,當他又一次從繁複的數值模擬中釐清某個關鍵的決定性因素,那份豁然開朗的清明便足以支撐他,繼續在充滿挫折和不確定的黑暗宇宙裡,探索浩瀚星體的演化。

 

尋求原理突破,克服二十年微中子之謎
  一句:「喜歡做預測,預測之後什麼可以被觀測到」的自白,讓吳孟儒的拓荒精神表露無遺。目前他的研究團隊正致力於解開困擾天文學界約二十年的謎團——超新星爆炸過程中的「微中子轉換」機制與影響。但距離上一次人類觀測到超新星爆炸的微中子,已有將近四十年。當年的超新星 SN 1987A 事件,至今仍是天文學史上的重要里程碑。它是人類近三百多年來觀測到離地球最近、最明亮的一次超新星爆炸——一顆恆星的核心,在不到 0.1 秒的時間內,瞬間收縮至台北市般大小,釋放了約 10 的 58 次方顆微中子。可惜受限於當時的探測器大小限制,天文學家僅捕捉到約 24 顆。
  超新星爆炸下一次何時出現?答案可能是很不確定的數十年內。但吳孟儒並不焦躁。他的研究正是為了真實的觀測做準備。他期盼帶領研究團隊在五到十年內,從第一原理上取得突破,搭配現代已升級的探測技術;若未來爆發再現,將能偵測到上萬顆微中子。作為一位理論物理學家,最大的成就感莫過於:當宇宙的訊號傳來時,他早為天文物理學家們準備好接收的能力。

 

不怕失敗,在不確定中昂首跨步
  在頻繁的跨國學術合作中,吳孟儒觀察到東西方科學訓練的差異:東亞年輕科學家在數學推導與計算能力上具備平均優勢,而歐美學者則在開創性思想上更為靈活。他鼓勵台灣年輕科學家結合兩者優勢,不僅要磨練基本功,也應積極參與國際交流,學習歐美學界突破思想框架的方法。吳孟儒點出亞洲學生常因「害怕失敗」而不敢發問的困境,並以過來人身分分享克服的做法。他表示自己如果在聽演講時有 95% 聽不懂,會把心態調整為「樂觀看待那 5% 聽得懂的部分」,每一次尋找一個微小的地方去突破,久而久之便會看見成長。
  若有時光機,吳孟儒也想對當年剛踏入物理領域的自己說:「不要害怕,」他說,「不要害怕研究中發生的失敗,也不用想非常遠。就算 50 年之後你要拿諾貝爾獎,也要專注在當下,把每個人遇到的問題一步一步的解決。」 二〇二五年,他榮獲國科會頒發的吳大猷先生紀念獎。對他而言,得獎的意義並非光環,而是實質上可獲得資源,支持團隊無後顧之憂地做研究。他坦言,得獎並不會改變他未來五年、甚至十年的研究藍圖,他依然會坐在書桌前,繼續與方程式奮鬥,繼續不放棄地邁出踏實步伐,在巨大的不確定性中,描繪出預測星空的物理之門。