诺贝尔物理学奖三人分享 验证相对论发现黑洞

加拿大都市网

瑞典皇家科学院6日宣布,今年诺贝尔物理学奖授予3名科学家,因为“他们发现了宇宙中最奇异的现象之一黑洞”。英国科学家彭罗斯因证明黑洞是爱因斯坦广义相对论的直接结果而获奖;德国科学家根策尔和美国女科学家盖兹因在银河系中央发现超大质量黑洞而获奖。

■英国科学家彭罗斯(右)获诺贝尔物理学奖。美联社/法新社

瑞典皇家科学院说,89岁的彭罗斯(Roger Penrose)使用巧妙的数学方法,证明黑洞是爱因斯坦广义相对论的直接结果。他证明了黑洞确实可以形成,并对其进行了详细描述。他的开创性论文被认为是爱因斯坦之后对广义相对论的最重要贡献。

■德国科学家根策尔获诺贝尔物理学奖。美联社/法新社

科学院还说,1990年代初以来,现年68岁的根策尔(Reinhard Genzel)和55岁的盖兹(Andrea Ghez)分别领导一个科研小组,用各种先进的望远镜观测银河系中央一个名为“射手座A *”的区域。他们都发现了一个质量非常大且看不见的天体:在不超过太阳系的空间中聚集了约400万个太阳的质量,使周边恒星急速旋转。这一开创性工作提供了迄今最令人信服的证据,即银河系中央有一个超大质量的黑洞。

■美国女科学家盖兹获诺贝尔物理学奖。美联社/法新社

爱因斯坦提出的广义相对论颠覆了传统的空间和时间概念。他的方程式预言了黑洞的存在:大质量的天体会使空间弯曲、时间减慢,一个超大质量的天体甚至能吞噬光线,从而形成一片“绝对黑暗”的空间,这就是黑洞。

在爱因斯坦去世10年后,彭罗斯用巧妙的数学方法论证了黑洞可以形成,并对其进行了详细描述:在黑洞的核心隐藏着一个奇点,它的时空曲率无穷大,密度也趋于无限大。一旦物质开始坍缩,就没有什么能阻止坍缩的继续,所有物质只能沿一个方向走向奇点。这是一条通往时间尽头的“单行道”。

彭罗斯这篇开创性的论文发表于1965年1月,至今仍被认为是自爱因斯坦以来对广义相对论最重要的贡献。现在,黑洞的中心存在奇点已成为科学界的普遍认识,黑洞引力非常强大,甚至连光线也无法逃逸,没有光线射出的边界称为“事件视界”。直接窥视黑洞是不可能的——黑洞所有的秘密都藏在它的事件视界内。

利用恒星的轨道作为向导,根策尔和盖兹提出了迄今最有说服力的证据,证明银河系中心隐藏着一个看不见的超大质量天体。

诺贝尔物理学奖评委会主席哈维兰德表示,今年获奖者的发现开创了致密和超大质量天体研究的新领域。但这些奇异天体还有很多问题急需解答。他说:“不仅有关于它们内部结构的问题,还有关于如何在黑洞周边的极端条件下测试我们的引力理论的问题。”盖兹在现场电话连线时说,促使她进入该研究领域的,“首先是怀疑与兴奋等综合因素,我们仍然不知道黑洞中有什么,这是令人着迷的一部分”。

彭罗斯出生于英国,现为牛津大学教授;根策尔生于德国,现任德国马克斯.普朗克地外物理研究所所长,并兼任美国加州大学柏克莱分校教授;盖兹生于美国,现为加州大学洛杉矶分校教授。盖兹也是迄今第四位获诺贝尔物理学奖的女性科学家。3位科学家将分享1000万瑞典克朗奖金(约112.4万美元),彭罗斯获得其中一半,根策尔和盖兹共享另外一半。

同做黑洞观测从未合作 冤家聚头获奖

诺贝尔物理学奖今年颁给研究黑洞的三名学者。学者爆料指根策尔和盖兹两人在观测领域是死对头,68岁的根策尔是最早做黑洞观测,却被55岁的后起之秀盖兹以较好的设备“超车”,两人几乎有点“王不见王”的味道。

台湾中央研究院天文及天文物理研究所特聘研究员朱有花表示,根策尔是最早开始观测黑洞的先驱,他使用的是欧南天文台8米望远镜,但这全欧的人都可以用;盖兹资源比较多,在美国加州大学洛杉矶分校用10米Keck望远镜,聚焦更敏锐,量得更准确。不过根策尔和盖兹却是死对头,因为提出黑洞最佳证据的是盖兹,对学界泰斗根策尔来说情何以堪。黑洞圈很小,大都互相认识,学界开专题会议时两人也都会来,但是并未合作。

另据台湾大学梁次震宇宙学讲座教授陈丕燊表示,物理学家霍金之所以研究黑洞,就是受到彭罗斯的启发。陈丕燊提到,彭罗斯和霍金两人发表“奇点定理”,证明广义相对论,在一定条件下密度会高到无限大,变成一个奇点,奇点周围连光都出不去,称之为“黑洞”;彭罗斯和霍金曾因此研究,共同被授予向来有诺贝尔奖前哨之誉的沃尔夫奖,可惜霍金已过世。

距摘冠只差一步 有时要靠运气

通过历届颁奖可以看到,想史上留名,除凭借实力外,还依靠一点运气。

诺贝尔基金会的章程中,有一项规定是一份奖金不能多于3人分享,即同一奖项每年最多只能有3人获奖。这意味着一些“不够幸运的人”,会因这“机制”而拿不到奖。愈来愈多科学研究是通过团队合作进行,有些更是跨国和跨学科。现今大多数科学文章都是合著,要选出当中贡献最大的人其实很难。诺贝尔物理学奖2017年的得主为来自韦斯(Rainer Weiss)、巴里什(Barry C. Barish)与索宁(Kip S. Thorne),获奖理由是他们为“激光干涉引力波天文台”(LIGO)项目与观测引力波作出决定性的贡献。

“激光干涉引力波天文台”是1000多名研究人员的成果。该项目最重要的一篇论文是由来自20多个国家的355人合著,但最终仅3人获奖。韦斯得知自己获奖后也说:“我更多地认为,这是在认可约1000人(完成)的工作” 。

提到爱因斯坦,大家首先想到的便是他的相对论,他提出相对论后自1910年就被提名,不过他最后在1921年以发现光电效应定律获诺贝尔物理学奖。因同一缘由“错失”诺贝尔奖的著名科学家还有霍金。他1974年提出通过“霍金辐射”来观察黑洞,但也因为理论“过于超前”,无法被证实,成为他永远的遗憾。

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