近幾十年來，拜觀測及研究技術所賜．科學家觀察到許多以往看不到的宇宙天體及現象，逐漸對宇宙的生成、演化有了一些了解；但科學家也愈來愈發現，宇宙的驚奇之處多得數不清！舉例來說，宇宙超級大，光是銀河系內像太陽這樣的恆星就有2000億個，而像銀河系這樣的星系，光是在可見宇宙中就有100億個……。宇宙之大，令人無法想像。

而宇宙令人不解之處更是多得不得了，從可能遍布整個宇宙的暗能量、暗物質，到傳說中可把一切物質吸入的黑洞，再到小得看不見的宇宙射線粒子，可說宇宙充滿著「大大小小」的謎團，等著科學家探索。臺灣大學梁次震宇宙學與粒子天文物理學中心主任陳丕燊，秉持著研究宇宙的精神，希望能揭開宇宙一部份的神祕面紗。

尋找微中子的蹤跡

ARA陣列偵測器（圖／臺灣大學梁次震宇宙學與粒子天文物理學中心）

不過，當微中子經過高密度的物質——例如冰層時，還是有可能很偶然地撞擊到一個原子核，產生正負電子對（包括電子及電子的反粒子：正子），這對正負電子又可能分別與原子核作用產生新的正負電子對，在連鎖反應下，會產生許多以接近光速前進的正子與電子。而另一方面，正子比較容易被冰層吸收，因此這群在冰層中以接近光速前進的正負電子對，很快就成了一個帶負電的帶電體。這個帶電體在冰層中的速度接近光速，然而光本身在冰層中的速度卻會減慢到只有真空中光速的76％，在這種情況下，跑得比光還快的帶電體會產生一種稱為「切倫科夫輻射」的無線電波輻射，如果可以偵測到這個輻射，就等於偵測到了微中子。

切侖科夫輻射示意圖（圖／ 臺灣大學梁次震宇宙學與粒子天文物理學中心）

因此，陳丕燊前後發起了ANITA、ARA計畫，利用南極的巨大冰層來找出微中子的訊號。目前正在進行中的ARA計畫，將在南極冰層下埋入37個觀測站，涵蓋約100平方公里的範圍。另一方面，陳丕燊也發起稱為「太魯閣實驗」（TAROGE）的天線陣列天文臺計畫，在臺灣東部花蓮縣秀林鄉和平村約1000公尺高的山上安裝無線電波天線，同時偵測來自宇宙的超高能宇宙射線及穿透地球而來的微中子訊號。不過陳丕燊表示：「雖然現在我們已經確認這個探測原理可行，然而臺灣周遭的雜訊干擾實在太多了。」於是團隊又重回南極，在南極2750公尺高的墨爾本山上安裝天線，利用同樣的方式觀測。

在南極冰層中安裝ARA陣列偵測器（圖／臺灣大學梁次震宇宙學與粒子天文物理學中心）

陳丕燊的另一個研究目標與黑洞有關。儘管一般認為黑洞就像個貪得無厭的怪獸，對一切物質只進不出，但近代知名的物理學家霍金卻根據量子力學，提出「霍金輻射」，意思是黑洞並不是完全黑，而是會以輻射的形式放出一點點光，然後質量逐漸縮小，溫度逐漸上升，蒸發愈來愈快，然後消失。

這個結果和量子力學中「資訊守恆」的原則互相矛盾，因為一開始落入黑洞的物質是含有資訊的，但黑洞最後卻是完全以熱的形式蒸發，沒有資訊。那麼這些訊息去哪了？黑洞可能遺失資訊，意味著預測黑洞存在的廣義相對論，與量子力學之間可能存在矛盾。

而另一方面，我們幾乎不可能看見一個黑洞完全蒸發，因為根據理論，一個太陽質量的黑洞要蒸發要耗費10⁶⁷年，而宇宙至今的年紀也才1.38x10¹⁰年。因此，陳丕燊和法國物理學家穆胡（Gérard Mourou，2018諾貝爾物理獎得主之一）提出了一個「類比黑洞」的構想。他們計畫在實驗室中，以超強的雷射打擊電漿，產生一種稱為「尾隨場」的現象，再將整個系統加速，尾隨場就像一面鏡子，當它在加速度系統中，可以比擬在黑洞的事件視界上發生霍金輻射的情形。陳丕燊說：「這樣一來，我們不用等那麼久，就可以觀察到黑洞中的資訊是否真的遺失了。」

陳丕燊研究黑洞與微中子。（圖／fatcat11繪）