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黑洞探索者:霍金缺席的诺贝尔物理奖毫不失色

本刊记者/杜玮李明子

  10月6日下午,诺贝尔物理学奖揭晓,颁给发现宇宙“黑洞”的三代物理学家。

  诺贝尔奖委员会总秘书长托马斯·佩尔曼宣布,物理学奖一半颁发给英国科学家罗杰·彭罗斯(Roger Penrose),他在理论上证明了“黑洞的形成是广义相对论的一个有力预测”,另一半奖项颁发给德国科学家莱因哈德·根舍(Reinhard Genzel)和美国科学家安德烈·盖兹(Andrea Ghez),他们“发现在银河系中心存在一个超大质量的致密物体”。

  今年每项诺贝尔奖奖金额均为1000万瑞典克朗(约合人民币760万元),比2019年增加100万瑞典克朗。

  罗杰·彭罗斯于1931年出生于英国科尔切斯特。1957年从英国剑桥大学获得博士学位,目前任职于剑桥大学。1965年1月,也就是爱因斯坦去世十年后,罗杰·彭罗斯证明了黑洞确实可以形成,并对其进行了详细描述:在黑洞的核心,隐藏着一个奇点,在那里,所有已知自然法则都将停止。彭罗斯这篇创性文章被认为是自爱因斯坦以来对广义相对论最重要的贡献。

  诺奖得主莱因哈德·根舍于1952年出生于德国巴特霍姆堡。1978年从德国波恩大学获得博士学位,目前任职于德国马普地外物理学研究所。早在2008年,莱因哈德·根舍就曾因“发现并证明银河系中存在超大质量黑洞”而获邵逸夫奖,他还于2018年出任邵逸夫奖天文学奖遴选委员会主席。

  安德烈·盖兹出生于1965年,美国纽约人。1992年从美国加州理工学院获得博士学位。目前任职于加州大学洛杉矶分校。

  莱因哈德·根舍和安德里亚·盖兹各自领导了一个天文学家小组,从20世纪90年代初开始,他们就把重点放在了银河系中心一个名为人马座A*的区域,周边的恒星轨道已经被越来越精确地绘制出来。这两组人员最终测量结果一致,都发现了一个质量非常大的、看不见的物体,约400万个太阳的质量,它牵引着一团恒星,使它们以令人眩晕的速度四处乱窜。

  黑洞早就该获诺奖

  中科院高能物理研究所研究员张双南接受《中国新闻周刊》采访时说,黑洞的理论预言与发现是宇宙学领域的重大进步,应该在很久之前就获诺奖,但一直迟迟未得,是业界很大的遗憾。黑洞理论过了这么多年都没有获诺奖,业内猜测可能是诺奖委员会比较慎重,此前觉得证据不是那么的确凿。但业界早就对此没有疑问,尤其是今年获奖的两位做观测的科学家,他们对银河系中心黑洞的测量,精度非常之高。他们的测量方法是通过测量银河系中心的恒星运动,把黑洞的质量与其他性质确定下来,这就像在太阳系里通过行星的运动来测量太阳的运动一样。他们的成果广泛的被学界引用,被认为是黑洞存在最坚实的证据。

  不过,今年的诺奖给了黑洞,张双南还是感到比较意外,因为最近几年天体物理学领域获诺奖太多了!过去,天体物理还不被看作物理学,被人认为是蹭了物理学的光。不过,相比物理学其他领域,天体物理学的社会关注度非常高。像去年的黑洞照片的发布,再一次引起了公众对黑洞的兴趣。毕竟科学的进步,除了实用价值,对我们价值观、宇宙观的形成也有很大的影响。

  中科院院士、中科院理论物理研究所所长蔡荣根在接受《中国新闻周刊》采访时指出,目前,黑洞的研究方向,主要是探索其外面的物质的运动规律,还有超大质量黑洞是怎么形成的,再有就是黑洞的量子性质。上世纪70年代,霍金证明了黑洞不是黑的,有所谓的霍金辐射,即热辐射。在黑洞热力学当中,量子力学、广义相对论、统计物理这些不同的学科纠缠在一起,所以现在试图从黑洞的热力学的启发下研究量子引力理论。

  而这两年诺贝尔物理学奖接连颁给天体物理这个方向,在蔡荣根看来,意味着宇宙学天体物理是未来重大科学发现的温床,会越来越多的宇宙的奥秘涌现出来,比如说暗物质到底什么,宇宙早期引力波的产生又会给揭示历史演化提供怎样的独特信号,这些都是诺贝尔奖级的工作。

  “今年获奖者的发现为致密和超大质量物体的研究开辟了新领域。但这些奇异的物体仍然提出了许多疑问,需要进一步解答,并推动未来的研究。不仅是关于它们内部结构的问题,还有如何在黑洞附近的极端条件下检验引力理论的问题。”诺贝尔物理学奖委员会主席戴维·哈维兰说。

  诺奖不足以涵盖彭罗斯的成就

  “彭罗斯是目前在世的对黑洞理论贡献最大的科学家。”张双南说。他表示,关于黑洞,彭罗斯和霍金一起做了工作,但不幸的是霍金去世了。应当说,无论是工作的广度还是深度,彭罗斯的成就都丝毫不逊于霍金,他的获奖是实至名归。

  蔡荣根也介绍说,彭罗斯的研究还证明时空奇异性必定会有一个视界。所谓视界就是奇点吸收周围物质形成的强大“势力范围”。彭罗斯的研究还包括扭量理论,也是建立量子引力理论的一种方法。 (责任编辑:东莞网)

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