閻紀宇專欄:細胞與血氧的探戈、大霹靂與熱木星、一個可充電的世界……解讀2019年諾貝爾3大科學獎項

2019-10-15 06:10

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今年3位得主的開創性研究,讓我們理解細胞如何感測血氧濃度的變化(尤其是在缺氧的狀態),並做出相應的生理反應。此外,這套機制也與許多疾病相關,例如脂肪肝、新陳代謝疾病、心血管疾病。以癌症為例,HIF是影響癌細胞生長的重要因子,甚至可能讓癌細胞對化療產生抗藥性,因此已經有藥廠開始針對HIF研發藥物。

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2019年諾貝爾物理學獎得主揭曉,加拿大學者皮博斯獲獎。(AP)
2019年諾貝爾物理學獎得主揭曉,加拿大學者皮博斯獲獎。(AP)

物理學獎──宇宙演化與太陽系外行星

「幫助我們瞭解宇宙的演化進程,以及地球在宇宙中的地位」
“for contributions to our understanding of the evolution of the universe and Earth’s place in the cosmos”

宇宙是如何「誕生」與演化?地球會是宇宙中唯一有生命的天體嗎?今年的諾貝爾物理學獎得主皮博斯(James Peebles)、麥耶(Michel Mayor)與奎洛茲(Didier Queloz),呼應了世人這兩個大哉問。

宇宙學(cosmology)研究宇宙的起源、演化與大尺度結構,過去半世紀是其黃金年代,皮博斯對此居功厥偉。他在1960年代的研究讓宇宙學從假說升級為科學,1971年出版的《物理宇宙學》(Physical Cosmology)更啟迪了無數天體物理學家。

宇宙微波背景輻射、暗物質、暗能量

宇宙誕生於大約140億年前的「大霹靂」(Big Bang),40萬年後,光線(光子)開始在空間中旅行。隨著空間持續擴張,可見光也被「拉長」為微波。1964年,兩位美國無線電天文學家首度觀測到這種來自宇宙太初的背景輻射,皮博斯則提供理論模型,讓宇宙微波背景輻射(CMBR)成為天文學家探索宇宙演化的「金礦」,解釋大霹靂如何催生最早的元素──氫、氦、鋰,今日宇宙中的星系(galaxy)與星系團(galaxy cluster)又是如何形成。

大霹靂(Big Bang)與宇宙演化(Wikipedia / Public Domain)
大霹靂(Big Bang)與宇宙演化(Wikipedia / Public Domain)

皮博斯對宇宙組成的研究同樣是里程碑。從1930年代開始,我們逐漸知道自己能觀察到的物質與能量,不足以解釋今日宇宙的「扁平」(flat)型態。皮博斯在1980年代經由理論推導與運算得出的結果,如今已被觀測證實:宇宙中的「一般物質與能量」只佔5%,暗物質(dark matter)佔26%,暗能量(dark energy)佔69%。當然,暗物質與暗能量究竟是何方神聖,至今仍是科學界最扣人心絃的謎團。

為地球找尋遙遠太陽系之外的夥伴

「5%的宇宙」已是無比浩瀚,光是在銀河系(Milky Way)就散布著數千億顆恆星,其中一定有許多也被行星圍繞,就如我們的太陽系。麥耶與奎洛茲在1995年10月證實了這個信念,宣布首度發現一顆「太陽系外行星」(exoplanet):位於太陽系之外、圍繞一顆主恆星運行的行星。

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