研究者摘诺贝尔物理学奖桂冠，为何黑洞研究这门热-黑洞与2020年诺贝尔物理学奖

 

当地时间10月6日，瑞典皇家科学院常任秘书戈兰·汉松宣布，将2020年诺贝尔物理学奖授予罗杰·彭罗斯、莱因哈德·根泽尔和安德里亚·格兹，三位获奖者因发现了宇宙中最奇特的现象黑洞，将分享1000万瑞典克朗奖金（约合760万元人民币）。

诺奖委员会在颁奖词中称，罗杰·彭罗斯因发现“黑洞的形成是广义相对论的有力预测”而获奖，莱因哈德·根泽尔和安德烈亚·格兹则是因为“在银河系中心发现了一个超大质量的致密天体”而获奖。

南方科技大学物理系教授、中山大学天文与空间科学研究院原院长李淼接受南方日报专访时表示，诺贝尔物理学奖今年再次花落天文物理研究领域学者并不意外：“一方面，天体物理研究领域最近几年最新成果不断；另一方面，量子物理等其他热门领域重量级的研究成果还不多。”

执着探索

“黑洞的核心隐藏着一个奇点，在这个奇点中，所有已知的自然法则都会消失”

“自爱因斯坦后，对广义相对论做出的最重要的研究贡献”

罗杰·彭罗斯的研究表明，相对论的一般理论导致了黑洞的形成。

彭罗斯运用巧妙的数学方法成功证明黑洞是爱因斯坦广义相对论的直接结果：虽然爱因斯坦并不相信黑洞真实存在，但其去世十年后，彭罗斯证明了黑洞可以形成。按照彭罗斯的描述，黑洞的核心隐藏着一个奇点，在这个奇点中，所有已知的自然法则都会消失。

黑洞的形成。

诺贝尔奖委员会指出，彭罗斯的开创性的成果是自爱因斯坦之后对广义相对论做出的最重要的研究贡献。

“黑洞是宇宙当中最神奇，也是最简单的一类天体。”中国科学院国家天文台研究员苟利军表示，科学家至今已经发现了很多黑洞，按照质量可以划分为三类。一类是恒星量级的黑洞，即质量介于3倍太阳质量到100倍太阳质量之间。第二类是超大质量的黑洞，其质量起点为几十万倍太阳质量，甚至到几十亿倍甚至于上百亿倍太阳质量。第三类介于两者之间，为中等质量黑洞。

“现在观测中等质量黑洞的直接证据非常少，但是理论研究证明它们应该是存在的，因此寻找中等质量黑洞也是目前的热门研究领域。”苟利军说。

2019年4月10日，由全球科研人员合作开展的“事件视界望远镜”项目发布首张黑洞图片。

长期研究

“提供了迄今为止最令人信服的证据，表明银河系中心存在一个超大质量黑洞。”

诺贝尔物理学委员会主席戴维·哈维兰德表示，今年物理学奖获奖者的发现，为“紧凑和超质量物体的研究”开辟了新领域，但是这些奇特的物体仍然提出了许多问题，“不仅仅是关于它们内部结构的问题，而且还有关于如何在黑洞紧邻的极端条件下测试引力理论的问题。”

雷因哈德·根泽尔和安德里亚·格兹发现，一个隐形且极重的物体控制着我们银河系中心恒星的轨道——超大质量黑洞是目前唯一已知的解释。

根泽尔和格兹使用世界上最大的望远镜开发出一系列方法，使得穿过星际气体和尘埃聚成的巨大云团观测到银河系中心成为可能。他们的开创性工作为我们提供了迄今为止最令人信服的证据，表明银河系中心存在一个超大质量黑洞。

天鹅座X-1黑洞系统的想象图。（图片来源：NASA）

李淼表示，彭罗斯和霍金用数学物理方法证明了只要满足基本条件，不管一开始的形态如何，只要质量足够大最终都会形成黑洞 ；而根泽尔和格兹两位学者各自领衔的团队用天体物理学方法证明了，在宇宙中确确实实存在物理学上的黑洞。

彭罗斯同霍金合影。

值得一提的是，安德里亚·格兹是第四位荣获诺贝尔物理学奖的女科学家。历史上曾有3名女性获得诺贝尔物理学奖，分别是法国物理学家玛丽·居里、德裔美国物理学家玛丽亚格佩特·梅耶和加拿大物理学家唐娜斯特里克兰。其中，玛丽·居里两度获得诺奖。

斯蒂芬·霍金与彭罗斯合作完成了奇点理论等研究。但霍金于2018年去世，遗憾地错过了诺贝尔奖。

苟利军对记者表示，按照理论，在银河系中应该还存在上亿个恒星量级的黑洞，但到目前为止人类仅对不到20个恒星量级的黑洞进行了非常精确的质量测量，近上亿个其他黑洞仍然没有探测到。

【南方+记者】赵雨笙

【统筹策划】张志超

【作者】 赵雨笙

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