2020年諾貝爾物理學獎，終於頒給了黑洞研究
◎?科技日報記者 陸成寬
讓人意外的是，剛剛揭曉的2020年諾貝爾物理學獎，又一次頒發給天體物理學。這是近四年來，第三次頒給天體物理學。
然而，在天文學家看來，黑洞研究獲諾獎卻是眾望所歸，大家已經期待了幾十年。「因為無論作為廣義相對論的一個最主要預言，還是作為天體物理領域的最重要進展，黑洞研究確實應該獲得諾獎了。」中國科學院高能物理研究所研究員張雙南告訴科技日報記者。
對黑洞理論的貢獻，霍金也不如他
「這三位科學家獲獎是非常合適的。在黑洞研究領域，在世的科學家裡面確實沒有人能超過他們。」張雙南說。
今年諾貝爾物理學獎的一半頒發給了英國牛津大學的羅傑·彭羅斯（Roger Penrose）。他是一位數學物理學家。他用數學方法證明了愛因斯坦的廣義相對論可以預測黑洞的形成。「在黑洞研究領域，雖然霍金也許和他有得一比，但是從對黑洞理論貢獻的深度和廣度來講，可能霍金也不如他。」張雙南說。
科學界普遍認為，黑洞是宇宙中最神秘的天體，幾乎所有質量都集中在最中心的奇點處。黑洞的基本特徵是具有一個封閉的邊界，稱為視界。外界的物質和輻射可以進入視界，而視界內的一切卻都無法逃逸出來。
長期以來，黑洞都受到公眾廣泛關注。黑洞是廣義相對論的一個預言，如果黑洞存在，從某種程度上就證實了廣義相對論正確性，也就說明我們對時空的理解是正確的。
「雖然羅傑·彭羅斯不是最早預言黑洞存在的人，但是他卻是第一個從理論上證明黑洞穩定存在的人，物理學獎頒發給他可謂實至名歸。」中國科學院國家天文台研究員陸由俊說。
「對大家來說，以前黑洞一直是個猜想，正是羅傑·彭羅斯從理論的角度證明了它的存在。毫無疑問，他在這個領域做出了一些開創性的工作。」中國科學院國家天文台研究員苟利軍說。
除了在理論上證明黑洞存在，羅傑·彭羅斯還和霍金一起證明了奇點定理。該定理認為，宇宙起源於一個時間和空間消失、物質密度無限大的奇點。
幾十年磨一劍，精確測量銀心黑洞
諾貝爾物理學獎的另一半頒發給了德國科學家賴因哈德·根澤爾（Reinhard Genzel）和美國科學家安德里亞·蓋茲（Andrea Ghez）。
30餘年來，兩位科學家及其團隊一直致力於銀河系中心黑洞周圍恆星運動的觀測，他們觀測到離黑洞比較近的恆星，都以准開普勒軌道繞該黑洞運動，就像我們太陽系的行星圍繞太陽轉一樣。它們的軌道表明，銀河系中心一定有一個大約400萬個太陽質量的黑洞存在，這是一個非常精準的測量，測量的難度非常大。
賴因哈德·根澤爾和安德里亞·蓋茲從天文觀測的角度證實了黑洞的存在。「安德里亞·蓋茲利用美國的凱克望遠鏡，對黑洞周圍的恆星進行了很精確的測量。」苟利軍介紹。
「他們利用世界上最先進的天文望遠鏡進行銀河系中心進行觀測，得到的證據大家都非常信服。我幾乎在我每一個關於黑洞的科普報告裡面，都用他們的結果來說明黑洞的存在。」張雙南說。
今年年初，安德里亞·蓋茲還在《自然》雜誌上發文稱，在銀河系中心發現了一類新的奇異天體。這些天體看起來像氣體，但行為又像恆星。這些天體大部分時間看起來都很緊湊，但當靠近黑洞的時候，它們就會向外伸展開來。
「賴因哈德·根澤爾和安德里亞·蓋茲長期堅持用最好的儀器做最精準觀測，在引力波發現之前，他們的觀測結果是證明黑洞存在的最好證據。」陸由俊說。
在學術會議上，我國科學家經常可以見到賴因哈德·根澤爾和安德里亞·蓋茲。張雙南說：「我在學術會議上經常可以見到他們，他們幾十年磨一劍，致力於銀河系中心黑洞的觀測。」「讓人敬佩的是，他們幾十年如一日地堅持做一件事情，他們為了證明銀河系中心存在黑洞，花費了幾十年的時間，這是非常不容易的。」陸由俊感慨道。
來源：科技日報 文中圖片除標註外均來自諾貝爾獎官網
編輯：劉義陽
審核：王小龍
終審：冷文生
