黑洞|2020年诺贝尔物理学奖，终于颁给了黑洞研究
◎科技日报采访人员 陆成宽
让人意外的是 ， 刚刚揭晓的2020年诺贝尔物理学奖 ， 又一次颁发给天体物理学 。这是近四年来 ， 第三次颁给天体物理学 。
然而 ， 在天文学家看来 ， 黑洞研究获诺奖却是众望所归 ， 大家已经期待了几十年 。“因为无论作为广义相对论的一个最主要预言 ， 还是作为天体物理领域的最重要进展 ， 黑洞研究确实应该获得诺奖了 。”中国科学院高能物理研究所研究员张双南告诉科技日报采访人员 。
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对黑洞理论的贡献 ， 霍金也不如他
“这三位科学家获奖是非常合适的 。在黑洞研究领域 ， 在世的科学家里面确实没有人能超过他们 。”张双南说 。
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今年诺贝尔物理学奖的一半颁发给了英国牛津大学的罗杰·彭罗斯（Roger Penrose） 。他是一位数学物理学家 。他用数学方法证明了爱因斯坦的广义相对论可以预测黑洞的形成 。“在黑洞研究领域 ， 虽然霍金也许和他有得一比 ， 但是从对黑洞理论贡献的深度和广度来讲 ， 可能霍金也不如他 。”张双南说 。
科学界普遍认为 ， 黑洞是宇宙中最神秘的天体 ， 几乎所有质量都集中在最中心的奇点处 。黑洞的基本特征是具有一个封闭的边界 ， 称为视界 。外界的物质和辐射可以进入视界 ， 而视界内的一切却都无法逃逸出来 。
长期以来 ， 黑洞都受到公众广泛关注 。黑洞是广义相对论的一个预言 ， 如果黑洞存在 ， 从某种程度上就证实了广义相对论正确性 ， 也就说明我们对时空的理解是正确的 。
“虽然罗杰·彭罗斯不是最早预言黑洞存在的人 ， 但是他却是第一个从理论上证明黑洞稳定存在的人 ， 物理学奖颁发给他可谓实至名归 。”中国科学院国家天文台研究员陆由俊说 。
“对大家来说 ， 以前黑洞一直是个猜想 ， 正是罗杰·彭罗斯从理论的角度证明了它的存在 。毫无疑问 ， 他在这个领域做出了一些开创性的工作 。”中国科学院国家天文台研究员苟利军说 。
除了在理论上证明黑洞存在 ， 罗杰·彭罗斯还和霍金一起证明了奇点定理 。该定理认为 ， 宇宙起源于一个时间和空间消失、物质密度无限大的奇点 。
几十年磨一剑 ， 精确测量银心黑洞
诺贝尔物理学奖的另一半颁发给了德国科学家赖因哈德·根泽尔（Reinhard Genzel）和美国科学家安德里亚·盖兹（Andrea Ghez） 。
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30余年来 ， 两位科学家及其团队一直致力于银河系中心黑洞周围恒星运动的观测 ， 他们观测到离黑洞比较近的恒星 ， 都以准开普勒轨道绕该黑洞运动 ， 就像我们太阳系的行星围绕太阳转一样 。它们的轨道表明 ， 银河系中心一定有一个大约400万个太阳质量的黑洞存在 ， 这是一个非常精准的测量 ， 测量的难度非常大 。
赖因哈德·根泽尔和安德里亚·盖兹从天文观测的角度证实了黑洞的存在 。“安德里亚·盖兹利用美国的凯克望远镜 ， 对黑洞周围的恒星进行了很精确的测量 。”苟利军介绍 。
“他们利用世界上最先进的天文望远镜进行银河系中心进行观测 ， 得到的证据大家都非常信服 。我几乎在我每一个关于黑洞的科普报告里面 ， 都用他们的结果来说明黑洞的存在 。”张双南说 。
今年年初 ， 安德里亚·盖兹还在《自然》杂志上发文称 ， 在银河系中心发现了一类新的奇异天体 。这些天体看起来像气体 ， 但行为又像恒星 。这些天体大部分时间看起来都很紧凑 ， 但当靠近黑洞的时候 ， 它们就会向外伸展开来 。
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