黑洞和銀河系最「黑暗」的秘密

2020年諾貝爾物理學獎獲得者，從左至右：羅傑·彭羅斯（Roger Penrose）、萊因哈特·根策爾（Reinhard Genzel）、安德烈亞·季姿（Andrea Ghez）

導 讀

今天，英國、德國和美國的三位科學家獲得2020年諾貝爾物理學獎。

其中引人矚目的是美國女物理學家Andrea Ghez（季姿）。1965年出生的季姿教授，幼年曾因觀看美國登月而希望做太空人。在麻省理工學院讀大學期間先修數學後轉物理。1992年獲加州理工學院博士學位。她在今天得知自己成為第四位女性物理諾獎得主感到非常高興，希望能夠激勵年輕人加入自然科學研究。

-引 言-

北京時間2020年10月6日下午6點多，在10多分鐘的推遲後，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（Roger Penrose），「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（Reinhard Genzel）和安德烈亞·季姿（Andrea Ghez），「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。

今年，每項諾貝爾獎獎金額為1000萬瑞典克朗（約合人民幣760萬元），比2019年增加100萬瑞典克朗。

宣布獲獎者的秘書長Goran K. Hansson表示，因為聯繫獲獎者花了一些時間，所以獎項宣布有所推遲。「這次的諾貝爾獎頒發給宇宙最暗處的秘密。」 他說

撰文｜蔣海宇 馬超 楊梟 瞿立建

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愛因斯坦本人並不相信黑洞真的存在：這些超重量級的怪物能捕捉進入其中的一切，甚至光也無法逃脫。羅傑·彭羅斯使用了巧妙的數學方法，證明黑洞是愛因斯坦廣義相對論的直接結果。

1965年1月，在愛因斯坦去世十年後，羅傑·彭羅斯證明了黑洞真的可以形成，並對其進行了詳細的描述：黑洞的核心是隱藏著一個奇點，在這個奇點中，所有已知的自然法則都停止了。他的這篇開創性的文章至今仍被認為是自愛因斯坦以來對廣義相對論最重要的貢獻。

根澤爾和季姿利用世界上最大的望遠鏡，開發出了透過星際氣體和塵埃的巨大雲層，觀察銀河系中心的方法。他們挑戰技術極限，改進新技術以補償地球大氣層造成的幹擾，建立獨特的儀器，並致力於長期研究。他們的開創性工作為我們提供了迄今為止最令人信服的證據，證明銀河系中心存在一個超大質量黑洞。

「今年獲獎者的發現為研究緻密和超大質量天體開闢了新的領域。但這些奇異的天體仍然提出了許多問題，等待我們去解答，激勵我們在未來的研究。這些問題和這些天體的內部結構相關，還涉及到如何在黑洞附近的極端條件下檢驗我們的引力理論」，諾貝爾物理學委員會主席大衛·哈維蘭對根澤爾和季姿的工作如此評論。

對此次的獲獎者，復旦大學物理學系施鬱教授評價：「（這次的獲獎）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。「而對於獲獎研究，他說：「這次獎勵的實際上就是宇宙監督假設，奇點必須要由黑洞藏起來。「

Roger Penrose

羅傑·彭羅斯 出生於1931年在英國科爾切斯特出生。1957年獲得劍橋大學博士學位。現任英國牛津大學教授。

羅傑·彭羅斯利用巧妙的數學方法證實黑洞是愛因斯坦廣義相對論預言的直接結果。實際上連愛因斯坦本人都不相信黑洞是真實存在的，因為這些引力超強的天體能夠吸引一切，連光都無法逃脫，在當時的愛因斯坦看來是不可能存在的。

1965年1月，也就是愛因斯坦死後的第十年，羅傑.彭羅斯證實黑洞在宇宙中是真實存在的，並對這種天體做了詳盡的描述。黑洞的正中心稱為奇點，在這一特殊區域，任何物理規律都不起作用。曾經羅傑.彭羅斯所寫的突破性文章至今仍被認為是自愛因斯坦之後，對於廣義相對論最重要的突破。

他獲得的獎項和榮譽包括劍橋大學亞當斯獎（1966），Dannie Heineman數學物理獎（1971），皇家天文學會愛丁頓獎章（1975），沃夫（wolf）物理獎（1988），愛因斯坦獎章（1990），倫敦數學學會的內勒獎（1991）和德摩根獎章（2004），皇家學會的科普利獎章（2006），克雷獎（2018）。

Reinhard Genzel

Reinhard Genzel（1952年3月24日生於德國巴德洪堡），德國天體物理學家。1978年在波恩大學獲得物理學和天文學博士學位，論文是在波恩馬克斯-普朗克射電天文學研究所撰寫的射電天文學。1978-80年期間，他在麻薩諸塞州劍橋市哈佛-史密森天體物理中心擔任博士後研究員，主要從事射電甚長基線幹涉測量和銀河系恆星形成區的中紅外研究。1980年以米勒研究員的身份來到伯克利，從事遠紅外光譜學研究。1981年加入物理系，從事紅外和亞毫米天體物理學研究以及星際介質研究。1986年離開伯克利，到慕尼黑馬克斯-普朗克地外物理研究所任所長。1986年，他離開伯克利，成為慕尼黑馬克斯-普朗克地外物理研究所的所長，同時也是慕尼黑大學的名譽教授，在那裡，他和他的團隊利用研究所開發的最先進的紅外儀器開展了一項研究銀河中心、活躍的星系核和高紅移星系中恆星形成的計劃。1999年，他回到伯克利擔任兼職教授。

他獲得的獎項和榮譽包括馬克斯-普朗克學會的Otto Hahn獎章（1980年）、加州大學伯克利分校的Miller獎學金（1980年）、總統青年研究員獎（1984年）、美國物理學會院士（1985年）、美國天文學會的Newton Lacy Pierce獎（1986年）、德國研究協會的Gottfried Wilhelm Leibniz獎（1990年）、德克薩斯大學的de Vaucouleurs獎章（2000年）、法國天文學協會Janssen獎（2000年），德國物理學會Stern-Gerlach獎（2003年），瑞士Balzan "紅外天文學 "獎（2003年），加拿大天文學會Petrie獎（2005年）、瑞士伯爾尼阿爾伯特-愛因斯坦協會愛因斯坦獎章(2007)、香港邵逸夫獎基金會邵逸夫獎(2008)、義大利Fondazione Premio Galileo 2000獎(2009)、荷蘭萊頓大學名譽博士(Dr. h.c.)(2010)、Tycho Brahe獎(2012)、Karl Schwarzschild獎章（2011）、Crafoord天文學獎（2012）、英國皇家天文學會Herschel獎章（2014）、德國大十字勳章（含星）（2014）、巴黎天文臺OPSPM名譽博士（Dr.h.c.）（2014）、以色列理工學院哈維科技獎（2014）。

他是歐洲科學院、德國自然科學院利奧波迪納院士、巴伐利亞科學院院士。他還是法國科學院、美國國家科學院、西班牙皇家科學院和倫敦皇家學會的外籍院士/外籍通訊院士/會員。他還是德意志共和國科學和藝術榮譽勳章的成員。

Andrea Ghez

安德烈亞·米亞·季姿，1965年6月16日出生，1992年獲得加州理工學院博士學位。1992-1993年在美國亞利桑那大學做博士後，此後在加州大學洛杉磯分校任教授。美國天文學家，加州大學洛杉磯分校物理與天文學系教授。2004年，《發現》雜誌將季姿列為美國20位在各自領域表現出高度理解力的科學家之一。

她目前的研究涉及使用高空間解析度成像技術，如Keck望遠鏡的自適應光學系統，研究恆星形成區域和銀河系中心的超大質量黑洞，也就是「人馬座A*」。她以銀河系中心附近恆星的運動學為探針，研究這一區域。Keck望遠鏡的高解析度使Reinhard Genzel小組對銀河系中心運動學的第一次重大研究有了很大的改進。

2004年，季姿當選為美國國家科學院院士。她在許多紀錄片中都有出現，為大眾科普關於宇宙的知識。2019年，季姿當選為美國物理學會（APS）院士。季姿獲得多項重大獎項，如：安妮·坎農天文學獎(1994年)，美國天文學會牛頓·萊西·皮爾斯天文學獎(1998年)，賽克勒獎(2004年)，金盾學院學術卓越獎(2004年)，馬克·阿倫森紀念講座(2007年)等。

參考資料

http://www.astro.ucla.edu/~ghez/

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2020/press-release/

http://www.astro.ucla.edu/~ghez/Ghez_cv_long.07aug.pdf

製版編輯 | 盧卡斯

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