上观新闻|“假如霍金活着，他很可能拿今年诺奖”，专家解读2020诺贝尔物理学奖
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2020年诺贝尔物理学奖今天揭晓 ， 牛津大学教授罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）、加州大学伯克利分校马普地外物理研究所教授雷哈德·甘泽尔（Reinhard Genzel）和加州大学洛杉矶分校安德里亚·格兹（Andrea Ghez）荣膺桂冠 。 其中 ， 研究黑洞的理论物理学家彭罗斯获得一半奖金 ， 另两位观测、计算出银河系中心超大质量黑洞的天体物理学家分享另一半奖金 。
黑洞堪称宇宙中最神秘的天体 ， 这三位科学家如何增进了人类对黑洞的认识？解放日报·上观新闻采访人员第一时间采访了上海的科学家和科普作家 。
人类无法直接观测黑洞
著名科普作家、中科院国家天文台客座研究员卞毓麟介绍 ， 黑洞是科学家根据广义相对论做出的一个重要推测 ， 1969年由美国物理学家约翰·惠勒命名 。 这个推测已被天文学观测证实 。 也就是说 ， 黑洞是真实存在的 ， 是宇宙中的一种天体 。
之所以称其为“黑洞” ， 是因为无法用光或其他形式的电磁波观测它 ， 任何发射到黑洞的光都会被吸收 ， 而不会反射回来 。 这是什么原因呢？让我们从地球引力讲起 。 人在地面上向天空抛射一个物体 ， 无论用多大力 ， 物体速度有多快 ， 总会掉落下来 ， 这就是引力的作用 。 然而 ， 当一个物体（如航天器）的飞行速度达到11.2公里/秒 ， 就可以摆脱地球引力的束缚 ， 飞离地球进入行星际空间 。 这个脱离地球引力场的最小速度称为“第二宇宙速度” ， 也称“逃逸速度” 。 每个天体的“逃逸速度”是不同的 ， 如太阳的逃逸速度约为618公里/秒 。
那么黑洞的逃逸速度是多少呢？答案是：大于光速 。 宇宙中光速最快 ， 这意味着 ， 包括光在内的任何物质和辐射只要进入黑洞的“视界”（引力场的一个封闭边界） ， 都无法逃脱它的“魔爪” 。 因此 ， 黑洞“黑”到了极致 ， 人类无法直接观测 。
然而 ， 黑洞的存在有其蛛丝马迹 。 一种迹象 ， 是附近星球的运行轨迹异常 。 因为黑洞的引力惊人 ， 在其“视界”外附近的星球 ， 势必受到明显影响 。 第二种迹象 ， 是强烈的X射线源 。 宇宙中遍布气体、尘埃等星际物质 ， 它们在即将进入黑洞“视界”时 ， 会发出强烈的X 射线 。
彭罗斯更像是一位数学家
“写《时间简史》的霍金和彭罗斯是同一领域的哥们儿 ， 霍金对黑洞的研究成就不亚于彭罗斯 。 ”在华东师范大学物理与电子科学学院院长、英国物理学会会士程亚教授看来 ， 如果2018年去世的霍金 ， 等到了2019年公布的人类历史上首张黑洞照片 ， 那么2020年诺贝尔物理学奖 ， 就很可能与彭罗斯分享这一殊荣 。
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2019年公布的人类历史上首张黑洞照片新华社发
程亚告诉采访人员 ， 从2017年宇宙中的引力波获奖开始 ， 2019年的诺贝尔物理学奖也属于天文 ， 科学界预测今年诺奖不会再给天文学家 。 因为 ， 连年为同一领域发奖 ， 在其他学科的诺奖中是非常少见的 。 然而 ， 一些足够新奇、足够震撼的科学事件 ， 总会打破“风水轮流转”的颁奖规律 ， 让理论物理学家“不必久等” 。 比如 ， 同样被爱因斯坦广义相对论预言的引力波 ， 多年之后被激光干涉引力波天文台实测到 ， 就直接将其送上了领奖台 。 同样 ， 追溯至20世纪50年代 ， 李政道、杨振宁提出宇称不守恒理论不久 ， 便很快被吴健雄用物理实验验证成功 ， 于是也成就李、杨二人在而立之年就拿下了当年的诺奖 ， 也创造了从理论发现到获颁诺奖的最短时间纪录之一 。
这一次 ， 这种诺奖的“决定性证据” ， 正是去年各国科学家通过相当于地球口径的超级射电望远镜 ， 以“昆虫万千复眼”的方式合成出遥远黑洞的可见照片 ， 这才让人类真真切切地“看见”黑洞 。 彭罗斯 ， 霍金等黑洞学家 ， 等得太久 。 半个多世纪后 ， 89岁高龄的彭罗斯才亲见自己的理论证明化为实践证据 。
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