江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

|新闻背后｜诺奖“神奇天体”的至暗奥秘


中央纪委国家监委网站 姜永斌 报道 当地时间10月6日12点（北京时间18点） ， 2020年诺贝尔物理学奖正式揭晓 。 瑞典皇家科学院决定将这一奖项的一半授予罗杰·彭罗斯（Roger Penrose） ， 另一半共同授予赖因哈德·根策尔（Reinhard Genzel）和安德烈娅·盖兹（Andrea Ghez） ， 以表彰三人对黑洞的相关研究 。 这也是最近4年诺贝尔物理学奖第三次颁奖给天体物理领域 。
|新闻背后｜诺奖“神奇天体”的至暗奥秘
本文插图

3位物理学家因研究黑洞获奖
诺贝尔奖委员会官方网站资料显示 ， 罗杰·彭罗斯1931年出生于英国科尔切斯特 ， 1957年毕业于英国剑桥大学 ， 是英国牛津大学教授 。
赖因哈德·根策尔1952年生于德国巴特洪堡 ， 1978年获德国波恩大学博士学位 ， 是德国慕尼黑马克斯·普朗克太空物理学研究所所长、美国加州大学伯克利分校教授 。
安德烈娅·盖兹1965年出生于美国纽约 ， 1992年毕业于美国加州理工学院 ， 获博士学位 ， 现任美国加州大学洛杉矶分校教授 。
瑞典皇家科学院常任秘书戈兰·汉松宣布获奖结果时介绍 ， 罗杰·彭罗斯被授予2020年诺贝尔物理学奖的理由是“发现黑洞形成是广义相对论的可靠预测” 。
爱因斯坦提出的广义相对论 ， 将万有引力解释为时空的弯曲 ， 但他本人并不认为黑洞真实存在 。 在爱因斯坦去世10年后的1965年1月 ， 罗杰·彭罗斯使用巧妙的数学方法证明了黑洞确实可以形成 ， 并进行了详细描述 。 根据其计算结果 ， 黑洞的中心隐藏着一个“奇点” ， 所有已知的物理学定律在其上都将不再适用 。 这项开创性的研究仍被视为对广义相对论的最重要贡献 。
赖因哈德·根策尔和安德烈娅·盖兹则因“在银河系中心发现了一个超大质量的致密天体”获奖 。 二人各自领导着一个团队 ， 自上世纪90年代初以来专注于银河系中心的区域 ， 并以高精度绘制了银河系中部最亮恒星的轨道 。 两个团队均通过观测结果计算发现 ， 有一个大约四百万个太阳质量的不可见致密天体扰乱着恒星 ， 令它们高速移动 。 这个令人信服的证据表明 ， 银河系中心是一个超大质量的黑洞 。
最近4年3次颁奖给天体物理领域
最近十几年 ， 诺贝尔物理学奖呈现了一定的规律性 ， 物理学的四大领域——天体物理学、粒子物理学、原子分子及光物理学、凝聚态物理学 ， 轮番登台 。 比如 ， 2015年颁给了粒子物理学 ， 2016年是凝聚态物理学 ， 2017年是宇宙天体物理学 ， 2018年是原子分子及光物理学范畴 。 虽然2019年的获奖成果仍是宇宙天体物理学范畴 ， 学界普遍认为 ， 2020年粒子物理和凝聚态物理学领域研究获奖的机会比较大 。
然而 ， 人们津津乐道的颁奖规律被打破 ， 最近4年的诺贝尔物理学奖第三次颁给了天体物理领域 ， 很多专家此前的预测都错了 。
中国科学院国家天文台研究员、恒星级黑洞研究团组首席科学家苟利军对这一结果也直呼“很意外” 。 但他告诉采访人员 ， 诺贝尔奖的颁发也许并不存在所谓规律 ， 而且可能与物理学各分支领域现阶段的影响和成果无关 。 此次获奖的黑洞研究 ， 也都是几十年前的成果 。
“罗杰·彭罗斯的贡献主要是上世纪60年代的 ， 他通过理论计算证明了黑洞存在 。 而赖因哈德·根策尔和安德烈娅·盖兹的工作从上世纪90年代到本世纪初 ， 他们通过实际观测帮助我们认识到 ， 各个星系中心普遍存在着黑洞 。 ”苟利军表示 。
数据显示 ， 1901年至2020年 ， 诺贝尔物理学奖的215位获奖者中只有4位女性 ， 居里夫人是第一位 ， 而今年的安德烈娅·盖兹则是第四位 。
安德烈亚·盖兹在回答媒体提问时也表示 ， 黑洞挑战了人类对天体物理学的认知边界 。 “黑洞的研究推动了我们对基础科学的研究 。 我们一方面了解了黑洞是什么 ， 另一方面也理解了宇宙构成的基石 。 ”
最神秘天体黑洞魅力无穷
作为宇宙中最神秘的天体之一 ， 黑洞自诞生之日起便争议不断 。
爱因斯坦广义相对论预言 ， 存在的一种密度非常大的特殊天体 ， 它表面的引力大到任何东西甚至连光都跑不出来 。 德国物理学家史瓦西给出了广义相对论的第一个严格解释 ， 他发现所有的天体都存在一个史瓦西半径 ， 如果天体的实际半径比它的史瓦西半径要小 ， 那么它就会变成一个黑洞 。 比如 ， 太阳的史瓦西半径是3千米 。
黑洞的全部质量可以认为几乎集中在其最中心的奇点 。 在巨大引力场的作用下 ， 黑洞会表现出一些非常神奇的效应 ， 比如黑洞周围的时间会变得很慢 。
目前公认的恒星级质量黑洞是由大质量恒星自身坍缩而形成的 。 当恒星的核燃料耗尽 ， 即将到达生命的尽头 ， 就有可能演化为白矮星、中子星或者黑洞 。
已逝英国物理学家斯蒂芬·霍金曾提出“灰洞”和“霍金辐射”的猜想 ， 认为被吸入黑洞深处物质的某些信息 ， 会以能量的形式向外界发出辐射 ， 黑洞并非“只进不出” 。
2019年4月10日 ， 多个国家的科研团队经过10多年准备 ， 通过“事件视界望远镜”项目深度分析大量观测数据 ， 得到了人类历史上首张黑洞“正面照” ， 引发社会各界对黑洞的巨大热情 。
苟利军研究黑洞已有20年 。 他告诉采访人员 ， 国内研究黑洞的天体物理学家有很多 ， 自己带领的团队研究方向是黑洞测量 。 2011年以来 ， 团队已对人类发现的第一个黑洞“天鹅座X-1”进行了两次测量 ， 先是测到14倍太阳质量 ， 而最近又将黑洞质量精确到21倍太阳质量 。
“对于黑洞这种特殊天体 ， 要想准确测量难度很大 ， 我们需要不断改进和更新测量方法 。 ”苟利军介绍 。
诺贝尔物理学奖成果离我们并不遥远
很多人会认为诺贝尔奖成果应用离普通人非常遥远 ， 其实并非如此 。
1901年第一届诺贝尔物理学奖颁发给了德国物理学家威廉·康拉德·伦琴 ， 他于1895年11月做实验时发现了X射线 ， 并借妻子的手拍摄了人类历史上第一张X光片 。 这项伟大的发现开创了医疗影像技术 ， 为人类诊断及治疗疾病提供了新途径 ， 同时大大促进了粒子物理的发展 。
还有一个典型例子是获得1956年诺贝尔物理学奖的约翰·巴丁等3人 ， 他们对半导体的研究和发现晶体管效应 ， 构成了包括手机、电脑在内的所有现代电子电路的关键基础元件 。
此外 ， 用于芯片的集成电路获2000年诺贝尔物理学奖 ， 用于存储器的巨磁阻效应获2007年诺贝尔物理学奖 ， 用于相机的半导体成像器件获2009年诺贝尔物理学奖 ， 而2014年获诺贝尔物理学奖的是蓝光二极管 ， 它使明亮而节能的白色光源成为可能 。
就连天体物理学 ， 其成果也会与人们的生活有所帮助 。 “以广义相对论为例 ， 一开始也看不出与大众的联系 ， 但现在每个人使用的卫星导航 ， 其背后理论基础就包括广义相对论 。 ”苟利军认为 ， 对黑洞等天体的研究 ， 是一种智力挑战 ， 其根源也是人类的好奇心 。 一些基础前沿研究在未来可能会带来意想不到的价值 。
科学探索永无止境
随着领域细分和研究复杂性的加大 ， 多数科研成果需要越来越多的大型实验设备 。 比如 ， 用于验证希格斯玻色子存在的大型强子对撞机 ， 就是个周长27公里、跨越瑞士和法国两个国家的粒子加速器 。
不仅如此 ， 诺奖还呈现出多元化合作的趋势 。 从获奖人数看 ， 1945年以前 ， 70%以上的诺贝尔物理学奖为单人获奖 。 在这之后 ， 接近80%的奖项为多人获奖 ， 最近一次独享诺贝尔物理学奖的情况还要追溯到1992年 。 从获奖者所属的国家看 ， 1930年以前 ， 有61.3%的诺奖成果诞生在欧洲 ， 德国的诺奖得主数量首屈一指 。 二战前后 ， 大批科技人才从欧洲涌入美国 ， 科技中心随着国际局势的变化快速转移 。 进入21世纪后 ， 诞生诺奖的国家变得更加多元 。 而且 ， 自然科学奖项中 ， 物理、化学、生物三者交叉学科获奖成果比例也在不断上升 。
【|新闻背后｜诺奖“神奇天体”的至暗奥秘】 诺贝尔奖近120年的历史 ， 同时也是人类科技史和世界史的缩影 。 瑞典化学家诺贝尔在1895年签署遗嘱设立奖项基金时未必想到 ， 他的这一决定会在后世产生如此深远的影响 。 而诺贝尔科学领域的奖项本身也早已超越一般的奖励意义 ， 成为激励全世界相关科研人员不断求索、进取的至高荣誉 。


    推荐阅读


    上一篇：热点|妈妈得知孩子不午休的原因好气又好笑：忙着哄小朋友，没空睡觉

    下一篇：对阵中国选手全部KO，把西提猜打出擂台，他是实力远大于名气的狠人