2020年諾貝爾物理學獎頒布 三位獲獎者與黑洞有關

瑞典皇家科學院6日宣布，將2020年諾貝爾物理學獎授予三名科學家。英國科學家羅傑·彭羅斯因證明黑洞是愛因斯坦廣義相對論的直接結果而獲獎；德國科學家賴因哈德·根策爾和美國科學家安德烈婭·蓋茲因在銀河系中央發現超大質量天體而獲獎。

當天在瑞典皇家科學院會議廳舉行的發布會比預定時間晚10多分鐘。皇家科學院常任秘書戈蘭·漢松首先向因新冠疫情而無法現場報導的媒體表示歉意，並解釋這一延遲是因為與獲獎者聯繫。隨後他公布了獲獎者名單及主要成就。

瑞典皇家科學院在新聞公報中說，彭羅斯使用巧妙的數學方法證明黑洞是愛因斯坦廣義相對論的直接結果。他證明了黑洞確實可以形成，並對其進行了詳細描述。他的開創性論文被認為是愛因斯坦之後對廣義相對論的最重要貢獻。

公報還說，自上世紀90年代初以來，根策爾和蓋茲分別領導一個科研小組，用各種先進的望遠鏡觀測銀河系中央一個名為「射手座A *」的區域。他們都發現了一個質量非常大且看不見的天體：在不超過太陽系的空間中聚集了約400萬個太陽的質量，使周邊恆星急速旋轉。這一開創性工作提供了迄今為止最令人信服的證據，即銀河系中央有一個超大質量的黑洞。

諾貝爾物理學獎評委會主席戴維·哈維蘭德表示，今年獲獎者的發現開創了緻密和超大質量天體研究的新領域。但這些奇異天體還有很多問題急需解答。他說：「不僅有關於它們內部結構的問題，還有關於如何在黑洞周邊的極端條件下測試我們的引力理論的問題。」

蓋茲在現場電話連線時說：「科學對人類至關重要，我非常熱衷於教導年青一代提問和思考的能力，這對世界至關重要。」她表示，促使她進入該研究領域的，「首先是懷疑與興奮等綜合因素，我們仍然不知道黑洞中有什麼，這是令人著迷的一部分，這將有助於推動我們去了解新世界」。

彭羅斯1931年出生於英國，現為牛津大學教授；根策爾1952年生於德國，現任德國馬克斯·普朗克地外物理研究所所長，併兼任美國加利福尼亞大學伯克利分校教授；蓋茲1965年出生於美國，現為美國加利福尼亞大學洛杉磯分校教授。蓋茲也是迄今第四位獲諾貝爾物理學獎的女性科學家。

三位科學家將分享1000萬瑞典克朗（約合112萬美元）獎金，彭羅斯獲得其中一半，根策爾和蓋茲共享另外一半。

（來源：新華網）

【浙江新聞+】

專家解讀：假如霍金活著，他很可能拿今年諾獎

2020年諾貝爾物理學獎今天揭曉，牛津大學教授羅傑·彭羅斯（Roger Penrose）、加州大學伯克利分校馬普地外物理研究所教授雷哈德·甘澤爾（Reinhard Genzel）和加州大學洛杉磯分校安德裡亞·格茲（Andrea Ghez）榮膺桂冠。

其中，研究黑洞的理論物理學家彭羅斯獲得一半獎金，另兩位觀測、計算出銀河系中心超大質量黑洞的天體物理學家分享另一半獎金。

黑洞堪稱宇宙中最神秘的天體，這三位科學家如何增進了人類對黑洞的認識？記者第一時間採訪了上海的科學家和科普作家。

人類無法直接觀測黑洞

著名科普作家、中科院國家天文臺客座研究員卞毓麟介紹，黑洞是科學家根據廣義相對論做出的一個重要推測，1969年由美國物理學家約翰·惠勒命名。這個推測已被天文學觀測證實。也就是說，黑洞是真實存在的，是宇宙中的一種天體。

之所以稱其為「黑洞」，是因為無法用光或其他形式的電磁波觀測它，任何發射到黑洞的光都會被吸收，而不會反射回來。這是什麼原因呢？

讓我們從地球引力講起。人在地面上向天空拋射一個物體，無論用多大力，物體速度有多快，總會掉落下來，這就是引力的作用。然而，當一個物體（如太空飛行器）的飛行速度達到11.2公裡/秒，就可以擺脫地球引力的束縛，飛離地球進入行星際空間。這個脫離地球引力場的最小速度稱為「第二宇宙速度」，也稱「逃逸速度」。每個天體的「逃逸速度」是不同的，如太陽的逃逸速度約為618公裡/秒。

那麼黑洞的逃逸速度是多少呢？答案是：大於光速。宇宙中光速最快，這意味著，包括光在內的任何物質和輻射只要進入黑洞的「視界」（引力場的一個封閉邊界），都無法逃脫它的「魔爪」。因此，黑洞「黑」到了極致，人類無法直接觀測。

然而，黑洞的存在有其蛛絲馬跡。一種跡象，是附近星球的運行軌跡異常。因為黑洞的引力驚人，在其「視界」外附近的星球，勢必受到明顯影響。第二種跡象，是強烈的X射線源。宇宙中遍布氣體、塵埃等星際物質，它們在即將進入黑洞「視界」時，會發出強烈的X 射線。

彭羅斯更像是一位數學家

「寫《時間簡史》的霍金和彭羅斯是同一領域的哥們兒，霍金對黑洞的研究成就不亞於彭羅斯。」在華東師範大學物理與電子科學學院院長、英國物理學會會士程亞教授看來，如果2018年去世的霍金，等到了2019年公布的人類歷史上首張黑洞照片，那麼2020年諾貝爾物理學獎，就很可能與彭羅斯分享這一殊榮。

程亞告訴記者，從2017年宇宙中的引力波獲獎開始，2019年的諾貝爾物理學獎也屬於天文，科學界預測今年諾獎不會再給天文學家。因為，連年為同一領域發獎，在其他學科的諾獎中是非常少見的。

然而，一些足夠新奇、足夠震撼的科學事件，總會打破「風水輪流轉」的頒獎規律，讓理論物理學家「不必久等」。比如，同樣被愛因斯坦廣義相對論預言的引力波，多年之後被雷射幹涉引力波天文臺實測到，就直接將其送上了領獎臺。

同樣，追溯至20世紀50年代，李政道、楊振寧提出宇稱不守恆理論不久，便很快被吳健雄用物理實驗驗證成功，於是也成就李、楊二人在而立之年就拿下了當年的諾獎，也創造了從理論發現到獲頒諾獎的最短時間紀錄之一。

這一次，這種諾獎的「決定性證據」，正是去年各國科學家通過相當於地球口徑的超級射電望遠鏡，以「昆蟲萬千複眼」的方式合成出遙遠黑洞的可見照片，這才讓人類真真切切地「看見」黑洞。彭羅斯，霍金等黑洞學家，等得太久。半個多世紀後，89歲高齡的彭羅斯才親見自己的理論證明化為實踐證據。

程亞告訴記者，彭羅斯更像是一位數學家，他為多解的廣義相對論方程求解。這個足以顛覆世界觀的方程式，被眾多數理學家演繹和推導，從各種參數到各式係數，設定方程的不同變量，將得出不同的解，也就是關於宇宙的不同認知。20世紀60年代，彭羅斯在宏觀理論基礎上，充滿邏輯而又精準地解出了一個與黑洞關聯的物理世界，如諾貝爾頒獎詞所言，「發現黑洞的形成是廣義相對論的有力預測」。

破解難題計算出黑洞質量

中科院上海天文臺副臺長袁峰研究員是黑洞天體物理學家，參與了人類首張黑洞照片的捕獲工作。「我和甘澤爾、格茲算是小同行，他倆是做黑洞觀測的，我是做黑洞理論研究的。」袁峰告訴記者，十多年前，德國人甘澤爾和美國人格茲領導各自團隊，利用主動光學技術，分別觀測到了銀河系中心的超大質量黑洞，並計算出了它的質量——約為太陽質量的400萬倍。這是人類歷史上第一次獲得星系中心存在超大質量黑洞的確切證據，堪稱黑洞研究的一個裡程碑。

黑洞可分為三類。微型黑洞由於尺度小、穩定性差，難以觀測。穩定黑洞分為恆星級黑洞和超大質量黑洞。前者的質量一般是太陽質量的幾倍至幾十倍，後者的質量高達太陽的幾十萬至幾十億倍。天體物理學家推測，每個星系的中心都存在一個超大質量黑洞。但如何觀測到它們，一直是個難題。

由於黑洞「黑」到了極致，人類無法直接觀測，而是要用各種間接觀測方法。甘澤爾和格茲採用的間接觀測方法都是通過大口徑光學望遠鏡，觀測銀河系中心區域恆星的運行軌跡。因為黑洞引力驚人，在其「視界」外附近的恆星，其運行軌跡會受到明顯影響。

這種觀測方法的最大難點，是地球的大氣層始終有不穩定的運動，宇宙遠處的光線傳到地球上時，形成的光學圖像會因為大氣層的幹擾而變得模糊，這被稱為「湍流效應」。

為此，甘澤爾和格茲都利用主動光學技術，成功消除了這種效應，從而觀測到銀河系中心區域恆星的精準軌跡。獲得軌跡數據後，他們就根據克卜勒定律計算出了銀心黑洞的質量。隨著這個質量相當於400萬個太陽的「巨無霸」天體現身，人類對黑洞乃至整個宇宙的探索又邁出了重要一步。

（來源：上觀新聞）

新聞背景：數說諾貝爾物理學獎

諾貝爾物理學獎已經頒發一百多次。宏觀至宇宙探索，微觀至原子結構，都是物理學獎得主們的研究領域。回顧過去頒發的這個獎項，能發現不少有趣的數字。

113次：自1901年首次頒獎至2019年，諾貝爾物理學獎已頒發113次。因戰爭等原因，有6個年份未頒獎，分別為1916年、1931年、1934年、1940年、1941年和1942年。首名獲獎者是發現X射線的物理學家倫琴，其他獲獎者還包括愛因斯坦、居裡夫人（瑪麗·居裡）、玻爾等。

1對夫妻：在物理學獎歷史上，曾有一對夫妻同時獲獎，即人們所熟知的居裡夫婦。瑪麗·居裡和丈夫皮埃爾·居裡因對放射性現象的研究獲得1903年諾貝爾物理學獎。有意思的是，居裡夫婦的女兒伊雷娜·約裡奧-居裡與丈夫弗雷德裡克·約裡奧1935年同獲諾貝爾化學獎。

2次獲獎：截至2019年，共有213人次獲得諾貝爾物理學獎，其中約翰·巴丁在1956年和1972年兩次摘走物理學獎，因此實際獲獎人數為212人。瑪麗·居裡也曾兩次獲諾獎，但獎項不同，1903年獲物理學獎，1911年獲化學獎。

3名女性：歷史上僅有3名女性獲得諾貝爾物理學獎，除瑪麗·居裡外，另兩人分別是1963年因原子核研究獲獎的瑪麗亞·格佩特-梅耶，以及2018年因在雷射物理學領域作出突破性貢獻而獲獎的唐娜·斯特裡克蘭。

4對父子：父子均獲諾貝爾物理學獎的共有4對，其中威廉·布拉格與勞倫斯·布拉格於1915年同時獲獎，其他三對父子不是同年獲獎。

25歲與96歲：截至2019年，最年輕的諾貝爾物理學獎得主是1915年獲獎的勞倫斯·布拉格，時年25歲。最年長的獲獎者為阿瑟·阿什金，2018年獲獎時已96歲。

47次獨享：諾貝爾獎的某一獎項可以同時授予兩項成就以及最多三名獲獎者。截至2019年，諾貝爾物理學獎有47次由一人獨得，32次由兩人共享，34次由三人分享。

（來源：新華網）