讓人意外的是，剛剛揭曉的2020年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，又一次頒發(fā)給天體物理學(xué)。這是近四年來(lái)，第三次頒給天體物理學(xué)。
然而，在天文學(xué)家看來(lái)，黑洞研究獲諾獎(jiǎng)卻是眾望所歸，大家已經(jīng)期待了幾十年。“因?yàn)闊o(wú)論作為廣義相對(duì)論的一個(gè)最主要預(yù)言，還是作為天體物理領(lǐng)域的最重要進(jìn)展，黑洞研究確實(shí)應(yīng)該獲得諾獎(jiǎng)了。”中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員張雙南告訴科技日?qǐng)?bào)記者。
對(duì)黑洞理論的貢獻(xiàn)，霍金也不如他
“這三位科學(xué)家獲獎(jiǎng)是非常合適的。在黑洞研究領(lǐng)域，在世的科學(xué)家里面確實(shí)沒(méi)有人能超過(guò)他們。”張雙南說(shuō)。
今年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的一半頒發(fā)給了英國(guó)牛津大學(xué)的羅杰·彭羅斯(Roger Penrose)。他是一位數(shù)學(xué)物理學(xué)家。他用數(shù)學(xué)方法證明了愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論可以預(yù)測(cè)黑洞的形成。“在黑洞研究領(lǐng)域，雖然霍金也許和他有得一比，但是從對(duì)黑洞理論貢獻(xiàn)的深度和廣度來(lái)講，可能霍金也不如他。”張雙南說(shuō)。
科學(xué)界普遍認(rèn)為，黑洞是宇宙中最神秘的天體，幾乎所有質(zhì)量都集中在最中心的奇點(diǎn)處。黑洞的基本特征是具有一個(gè)封閉的邊界，稱為視界。外界的物質(zhì)和輻射可以進(jìn)入視界，而視界內(nèi)的一切卻都無(wú)法逃逸出來(lái)。
長(zhǎng)期以來(lái)，黑洞都受到公眾廣泛關(guān)注。黑洞是廣義相對(duì)論的一個(gè)預(yù)言，如果黑洞存在，從某種程度上就證實(shí)了廣義相對(duì)論正確性，也就說(shuō)明我們對(duì)時(shí)空的理解是正確的。
“雖然羅杰·彭羅斯不是最早預(yù)言黑洞存在的人，但是他卻是第一個(gè)從理論上證明黑洞穩(wěn)定存在的人，物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給他可謂實(shí)至名歸。”中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員陸由俊說(shuō)。
“對(duì)大家來(lái)說(shuō)，以前黑洞一直是個(gè)猜想，正是羅杰·彭羅斯從理論的角度證明了它的存在。毫無(wú)疑問(wèn)，他在這個(gè)領(lǐng)域做出了一些開(kāi)創(chuàng)性的工作。”中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員茍利軍說(shuō)。
除了在理論上證明黑洞存在，羅杰·彭羅斯還和霍金一起證明了奇點(diǎn)定理。該定理認(rèn)為，宇宙起源于一個(gè)時(shí)間和空間消失、物質(zhì)密度無(wú)限大的奇點(diǎn)。
幾十年磨一劍，精確測(cè)量銀心黑洞
諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的另一半頒發(fā)給了德國(guó)科學(xué)家賴因哈德·根澤爾(Reinhard Genzel)和美國(guó)科學(xué)家安德里亞·蓋茲(Andrea Ghez)。
30余年來(lái)，兩位科學(xué)家及其團(tuán)隊(duì)一直致力于銀河系中心黑洞周圍恒星運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)，他們觀測(cè)到離黑洞比較近的恒星，都以準(zhǔn)開(kāi)普勒軌道繞該黑洞運(yùn)動(dòng)，就像我們太陽(yáng)系的行星圍繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)一樣。它們的軌道表明，銀河系中心一定有一個(gè)大約400萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞存在，這是一個(gè)非常精準(zhǔn)的測(cè)量，測(cè)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(cè)的角度證實(shí)了黑洞的存在。“安德里亞·蓋茲利用美國(guó)的凱克望遠(yuǎn)鏡，對(duì)黑洞周圍的恒星進(jìn)行了很精確的測(cè)量。”茍利軍介紹。
“他們利用世界上最先進(jìn)的天文望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行銀河系中心進(jìn)行觀測(cè)，得到的證據(jù)大家都非常信服。我?guī)缀踉谖颐恳粋€(gè)關(guān)于黑洞的科普?qǐng)?bào)告里面，都用他們的結(jié)果來(lái)說(shuō)明黑洞的存在。”張雙南說(shuō)。
今年年初，安德里亞·蓋茲還在《自然》雜志上發(fā)文稱，在銀河系中心發(fā)現(xiàn)了一類新的奇異天體。這些天體看起來(lái)像氣體，但行為又像恒星。這些天體大部分時(shí)間看起來(lái)都很緊湊，但當(dāng)靠近黑洞的時(shí)候，它們就會(huì)向外伸展開(kāi)來(lái)。
“賴因哈德·根澤爾和安德里亞·蓋茲長(zhǎng)期堅(jiān)持用最好的儀器做最精準(zhǔn)觀測(cè)，在引力波發(fā)現(xiàn)之前，他們的觀測(cè)結(jié)果是證明黑洞存在的最好證據(jù)。”陸由俊說(shuō)。
在學(xué)術(shù)會(huì)議上，我國(guó)科學(xué)家經(jīng)常可以見(jiàn)到賴因哈德·根澤爾和安德里亞·蓋茲。張雙南說(shuō)：“我在學(xué)術(shù)會(huì)議上經(jīng)常可以見(jiàn)到他們，他們幾十年磨一劍，致力于銀河系中心黑洞的觀測(cè)。”“讓人敬佩的是，他們幾十年如一日地堅(jiān)持做一件事情，他們?yōu)榱俗C明銀河系中心存在黑洞，花費(fèi)了幾十年的時(shí)間，這是非常不容易的。”陸由俊感慨道。
