諾獎解讀｜霍金的研究夥伴摘得諾貝爾物理學獎！去年諾獎獲得者「神預言」黑洞得獎

圖片來源/諾貝爾獎官網

【新民晚報·新民網】北京時間今天18時許，在大家焦急等待了十多分鐘後，諾獎委員會宣布，將2020年諾貝爾物理學獎的一半授予羅傑·彭羅斯，「以表彰他發現黑洞的形成是廣義相對論的有力預言」。另一半則聯合授予萊因哈德·根澤爾和安德裡亞·格茲，「以表彰他發現銀河系中心有一個超大質量的緻密物體。」羅傑·彭羅斯將享有一半獎金，萊因哈德·根澤爾和安德烈亞·季姿將分享另一半獎金。

「近幾年，黑洞的研究不僅是熱門，也取得了越來越多新的發現，這些新發現也在不斷填補原先的空白，包括超大質量黑洞的發現、中等質量黑洞的現身、黑洞『照片』等等。」上海天文館建設指揮部展示教育主管施韡介紹，「黑洞是自然未解之謎的代表，黑洞話題頻頻登上熱搜，也是天體物理蓬勃發展的象徵。」

在施韡看來，羅傑·彭羅斯在黑洞理論上取得了重要的突破。「彭羅斯是一位數學家、物理學家，或許稱不上典型的天文學家，但他用數學的方法從愛因斯坦廣義相對論得到了黑洞存在性的結論。」施韡說，「廣義相對論是由基本理論思想建立起的一套理論架構，遵循相對論的思想和引力場方程，能夠得許多推論，也就是所謂的預言。比如史瓦西得到了黑洞的一個解，告訴世人宇宙中可能存在這種詭異的天體，卻沒說它從何而來，而彭羅斯則計算出黑洞是如何形成的，證明了它是廣義相對論的必然結果之一，並且，所有物質包括光都會指向一個中心，即奇點。這就是彭羅斯最大的貢獻。」

事實上，對於黑洞，彭羅斯還作出了很多貢獻。1969年，為了修補某些特殊黑洞存在破壞時空因果性的「裸奇點」問題，彭羅斯大膽提出了「宇宙監督假想」，他預言必定有某種物理定律，來防止「裸奇點」的出現。霍金曾是彭羅斯的研究夥伴，對此表示強烈支持，還幽默地說「上帝憎惡裸奇點」。他們二人獲得1988年沃爾夫物理學獎，也是因為共同研究並提出的彭羅斯-霍金奇點理論。

「彭羅斯的獲獎說明諾獎對理論性強的工作態度更友好了。彭羅斯是傑出的理論家，但是這個與諾獎傳統風格不一致，更適合突破獎。彭羅斯是證明了一個定理，不是一個具體的問題，按照諾獎傳統，很難得諾獎。」復旦大學物理學系施鬱教授評價。

據悉，彭羅斯也是娛樂數學家與具爭議性的哲學家。羅傑·彭羅斯是科學家理昂內·彭羅斯與瑪格麗特·雷瑟斯的兒子，為數學家奧利佛·彭羅斯與西洋棋大師強納森·彭羅斯的兄弟。

中國科學院上海天文臺副研究員左文文說，在類星體被發現之前，大家對廣義相對論都是持懷疑的態度，但彭羅斯堅持了下來。「在大家不太關注的領域，當你有認真考慮，或許你就能獲得成功。」

「另外兩位諾獎得主利用夏威夷的凱克望遠鏡直接觀測銀河中心黑洞，在技術上獲得了巨大的創新與突破。」施韡說，「兩人跨出了非常重要的一步，之後人們花費20多年利用各種望遠鏡去觀測、發現銀心附近恆星運動軌跡，確認了超大質量黑洞的存在。」記者了解到，萊因哈德·根澤爾和安德裡亞·格茲各自領導著一個天文學家小組，從上世紀90年代早期開始，他們的研究重點是銀河系中心一個叫做人馬座A* 的區域。在他們的努力下，最靠近銀河系中心的最亮恆星的軌道已經以越來越高的精度被繪製出來。可以說，這些成績都是在兩位『先驅』的引領下做出的。

左文文說，兩支團隊最開始也是不畏困難，在設備技術和觀測手段上都想方設法，提高觀測精度，年復一年、歷時20多年跟蹤觀測目標。「值得關注的是，今年的諾貝爾物理學獎中又出現了一位女性獲得者，這也是第四位女性物理諾獎得主。」

有意思的是，繼去年之後，天體物理又成為物理獎的贏家，超出了許多人預測。復旦大學教授施鬱介紹，物理學涵蓋了四大領域：宇宙天體物理學、粒子物理學、原子分子及光物理學和凝聚態物理學。由於去年，物理獎頒發給了「發現了一顆圍繞太陽型恆星運行的外行星」的科學家，因此，此前普遍預計，粒子物理和凝聚態物理領域的科研工作者有望獲獎。然而，結果大出意料。「或許這是因為天體物理的不少研究和發現，需要經歷較長時期，現在恰好到了出成果的時候，」施韡說，「從另一角度看，可能也反映出基礎物理要取得重大突破還面臨著一些困難。」

北京大學天文系教授、博士生導師吳學兵推測，諾貝爾獎委員會垂青黑洞領域，可能與去年黑洞照片公布有一定關係，因為照片驗證了廣義相對論預言中黑洞和事件視界的存在。而根據廣義相對論推出黑洞的存在，彭羅斯起了很大作用。

「人類對宇宙還知之甚少，諾貝爾獎得主也不例外。」2006年諾貝爾物理學獎得主、天文物理學家和宇宙學家喬治·斯穆特三世說。2019年5月21日，雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）和它的歐洲同行室女座幹涉儀（Virgo）探測到了一個信號。今年9月，研究人員正式宣布此次的發現「GW190521」是迄今為止探測到一對黑洞之間最響亮、最巨大、最激烈的碰撞。合併而成的黑洞則是一個「中等質量黑洞」。在斯穆特看來，黑洞在未來五到十年都會是熱門研究領域。「當我們有新的發現或者創造的時候，我們往往並不真正理解它到底意味著什麼；但是我們都知道它一定非常重要。」

值得一提的是，2019年諾貝爾物理學獎得主迪迪埃·奎洛茲在今年9月就「神預言」女科學家、黑洞研究可以獲得諾獎。

(新民晚報記者 郜陽 張炯強)