「智慧的探索」公開講座系列——朱明中教授
曾經有學生徵集「一人一個朱明中教授的缺點」，得到的答案卻是「太完美太好人」、「有空就會去看太陽」、「會帶你睇星」等，都是一些美好的缺憾。
中大物理系朱明中教授研究多年，一直追尋宇宙中最微小的粒子，領導香港科研團隊參與世界最大的基礎物理實驗室「歐洲核子研究組織（CERN）」的強子對撞實驗，找尋萬物的終極結構與定律。而在朱明中教授眼中，宇宙的缺憾也是美好的，所以於5月24日舉辦的「智慧的探索」公開講座，他以「宇宙的美好缺憾」為題開講，帶200名中大師生、校友、中學生及公眾人士一起探索宇宙萬物。朱教授除了與聽眾分享他與團隊的研究成果，於演講後更與主持伍家謙先生（2008新聞與傳播碩士）及學生主持鍾哲翟同學（中大理論物理學精研課程一年級生）交流討論，並解答現場觀眾的提問。
宇宙的美好缺憾（撰文：朱明中教授）
從前的旺角火車站是一個山頭，當時在伊利沙伯中學念書的我，特別愛在那山頭看星，滿天星斗，從此對天文宇宙產生了好奇，開啟了我投入研究、探索宇宙之路。
抬頭望見的宇宙星空，壯麗浩瀚，但很可惜，對我們研究宇宙的人來說，卻存在兩個極大的缺憾。
- 中大朱明中教授在5月24日「智慧的探索」公開講座中，以「宇宙的美好缺憾」為題作分享。他以梵高畫作《星夜》形容宇宙，雖有看得見的星星，但同時有很多看不見的暗物質，而星星又終有爆炸、熄滅的一天。
看不見的遠超看得見的
長久以來，宇宙學上存在一個問題。138億年前發生的宇宙大爆炸揭開了宇宙發展史，大爆炸最初期時，物質密度極高，而且分佈只有些微差異。其後，隨着宇宙不斷膨脹，物質因萬有引力互相吸引，經過138億年，貧者愈貧，富者愈富，物質分佈變得非常不平均，形成星系、星系團等大大小小的結構。不過，現時科學家所觀測到的宇宙結構，卻比純粹由已知物質的萬有引力造成的宇宙結構，來得更加不平均。要形成今天的宇宙，必須有人類未知的物質存在，亦即「暗物質」，而暗物質的數量更是已知物質的6倍。
原來在浩瀚的宇宙裏，人類看不見的遠超看得見的。
科學家現時對暗物質的認知極少，透過中大學生所做的天文、宇宙學模擬所見，我們只知道它是質量很大、速度很低的物質。它透明不發光，充斥宇宙各方，存在於課室、辦公室、家中、街上，它穿過你，你穿過它，但你看不到它，亦感覺不到它。最令物理學家不服氣的，是這些暗物質比我們知道的物質多很多，我們知道的實在很微不足道。
- 朱明中教授與主持人伍家謙先生（左，2008 新聞與傳播碩士），以及學生主持鍾哲翟（右，中大理論物理學精研課程一年級生）交流討論。
搜尋未知的暗物質
不服氣的我們，當然要繼續搜尋暗物質粒子。5年前，我帶領包括中大成員在內的香港物理學家團隊，加入了世界最大的基礎物理實驗室「歐洲核子研究組織（CERN）」，參加其中一個努力在地球製造暗物質的實驗。
暗物質是怎樣製造出來？答案就在CERN近年建成的「大型強子對撞器（Large Hardon Collider，LHC）」裏。這個對撞器是一個藏於100米地底的大圓環，全長27公里，橫跨法國、瑞士，進行全球最大的粒子對撞實驗，對撞器裝有數個加速器及4組探測器，香港團隊參與的是其中一組探測器ATLAS的研究。在對撞器裏，兩束名為「質子」的粒子加速至接近光速，然後對撞，情況有如宇宙初開的大爆炸，將很大的能量集中在很小的地方，讓火球膨脹，冷卻成大量的物質，包括一些大質量而未被發現的粒子，例如暗物質粒子。2012年，科學家就在這個對撞器中，透過質子對撞，捕獲希格斯粒子（俗稱「上帝粒子」），成為基礎物理學研究的里程碑。希格斯粒子對搜尋暗物質有極大的幫助，因為相信是賦予基本粒子質量的希格斯粒子，應與暗物質粒子有相互作用，在對撞器中有可能衰變成為暗物質，打開在地球上發現暗物質之門，尋回失蹤的能量與質量。
- 朱明中教授帶領香港物理學家團隊參與「歐洲核子研究組織（CERN）」，是世界最大的基礎物理實驗室。圖為中大物理系成員於CERN留影，牆上壁畫模擬粒子在「大型強子對撞器（LHC）」的探測器中對撞的情況。
恆星終會滅亡
另一個宇宙的缺憾，是恆星其實並不永恆。所有恆星都會死亡，死法有很多種，最燦爛的一種就是大爆炸，每個星系平均約50年發生一次。如果恆星質量超過太陽質量約10倍，死時必定會經過「星核塌縮超新星爆炸」，爆炸後星核可能會塌縮成為一個黑洞，黑洞代表很大的時空扭曲，而且是完全不對稱、有入無出的門口，我們完全不能探測黑洞裏是怎麼一回事。
原來在壯麗的宇宙裏，將會出現愈來愈多黑洞，千瘡百孔。
下一次超新星爆炸
雖然恆星熄滅很可惜，科學家（包括我在內）卻是十分期待下一次超新星爆炸。下一顆在銀河系爆炸的超新星可能發生於南方的海山二星（亦即船底座伊塔星），它的質量是太陽的超過100倍，光度是太陽的500萬倍，當發生「星核塌縮超新星爆炸」時，將會比1000億個太陽還要光亮。由於它的核心將塌縮到很小的空間，過程會將電子和質子壓縮，製造出大量我們仍然知道很少的中微子，以及放射出很多重力波。
- 講座吸引200人出席，當中包括中學生，他們於問答環節積極發問。
剛巧中大研究團隊有參與中微子與重力波探測的研究工作，萬一明天就發生超新星爆炸，我們亦已準備就緒。由於爆炸所產生的光會完全遮擋住核心的演化，單靠光學望遠鏡並不能觀測到星核塌縮及爆炸的過程。有賴全球科學家共同努力，包括我們中大成員積極參與研究的大亞灣中微子探測器，以及黎冠峰教授帶領中大團隊參與研究的LIGO及KAGRA重力波探測器，我們就不止可以看到爆炸外圍的火球，還可觀測超新星爆炸的核心。
宇宙的缺憾，造就壯麗的星空，讓我們繼續去追尋宇宙的真理。香港在天文、宇宙、物理學的研究成績並不落後，適逢基礎物理、宇宙學進入黃金歲月，加上近期的最新發現及突破，成為我們強勁的新工具去研究未知之處，我期望有朝一日發現暗物質、觀測到星核塌縮，都有我們香港下一代的足跡，揭開神秘宇宙的面紗。
原文於2019年6月14日《信報》教育版刊登
