南大教授詳解「宇宙最黑暗秘密」;與物理學獎獲獎者蓋茲開展合作

2020-11-23 騰訊網

2020年諾貝爾物理學獎於北京時間10月6日晚頒獎，三位科學家因為黑洞研究而分享獎項。黑洞研究的獲獎，不僅再一次證實了「愛因斯坦是對的」，也讓不少讀者開始懷念起因為去世而遺憾錯過諾獎的科學家霍金。霍金的「戰友」們此番獲獎有何重要意義？記者邀請南京大學的多位教授對諾貝爾物理學獎進行了解讀。

天體物理「勝出」！廣義相對論又一次獲得肯定

此前，外界曾一度預測，今年的諾獎物理學獎或將花落凝聚態物理領域，然而，最終的開獎結果給了眾人一個「措手不及」。三位科學家因為黑洞研究而最終獲獎，天體物理成為了本次諾貝爾物理學獎的最終贏家。

「這三位獲獎者都至少在該領域有30年的耕耘，在最近10年才慢慢到開花結果的時候。羅傑·彭羅斯的研究更遠遠超過三十年。」南京大學天文與空間科學學院教授李志遠告訴記者，「黑洞」獲獎非常令人驚嘆，但又在情理之中。諾獎級別的成果往往都是耕耘數十年的重大成果和發現。「比如2019年拍下黑洞的『事件視界望遠鏡』比較轟動，但也沒有到拿獎的時候。」

南京大學天文與空間科學學院教授王祥玉告訴記者，三位獲獎得主中，羅傑 彭羅斯算是個「跨專業」研究的達人，本職是數學家的彭羅斯，因為「敢想敢算」，率先提出了「黑洞」是由引力坍縮而形成的假想。「黑洞就是宇宙中一個能夠吸納一切的『怪物』，愛因斯坦並不相信黑洞的存在。是彭羅斯利用數學方法，證明了黑洞是愛因斯坦廣義相對論的直接結果。」

而另外兩位獲獎者萊因哈特·根策爾和安德烈婭·蓋茲，獲獎的原因則是證明了超大質量「黑洞」的存在。王祥玉介紹，這兩位科學家各領導了一個研究小組，重點研究了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。 這兩個小組的測量結果一致，都發現了一個非常重的、看不見的物體，它牽引著混亂的恆星，使它們以令人眩暈的速度奔跑。大約400萬個太陽質量聚集在一個不比我們太陽系大的區域裡。

為了證實「愛因斯坦是對的」，科學家執著至今

「大膽的假設，小心的求證」可以說是貫穿了整個黑洞的研究，這其中包含理論和觀測的結合。幾乎每個物理、天文學者，都將愛因斯坦的廣義相對論當作一個「很可能」抵達的「遠方」。南京大學天文與空間科學學院教授李志遠說。

從黑洞理論的提出到超大質量「黑洞」的存在被證實，科學家們對黑洞研究如此孜孜不倦的動力在哪裡？王祥玉表示，除了黑洞自身的「吸引力」之外，科學家對於黑洞研究的執著，是對愛因斯坦廣義相對論的又一次證實，「愛因斯坦是對的」再一次獲得了有力的證明。

在去年4月，全世界的科研工作者們也通過另一種方式——給黑洞拍照，證明了「愛因斯坦是對的」。南京大學天文與空間科學學院教授李志遠、博士研究生趙杉杉也曾參與其中。雖然證實了黑洞的存在，但科研工作者們對於黑洞的探索並沒有因此止步。「天文學家們對黑洞的興趣不止於此，黑洞的自轉是什麼模樣？黑洞可以吸進物質，然後進行噴發，具體過程又是什麼樣子的？這些問題都有待進一步的探索和發現。」王祥玉說。

獲獎者安德烈亞·蓋茲與南京大學開展了合作

在三位獲獎者中，安德烈亞·蓋茲格外引人注目，這位美國加州大學洛杉磯分校物理與天文學系的教授，成為繼瑪麗·居裡瑪麗·居裡（1903年）、瑪麗亞·格佩特-梅耶（1963年）和唐娜·斯特裡克蘭（2018年）之後，第四位榮獲諾貝爾物理學獎的女性。

李志遠告訴記者，自己在美國期間，曾在世界知名的銀河系中心組工作過，安德烈亞·蓋茲是核心成員和領導者之一。「近十年我們與那邊一直保持學術交流，今年我們就有一篇論文與安德烈亞·蓋茲那邊合作。」當問到對她的評價時，李志遠說，安德烈亞·蓋茲首先是一位非常嚴肅的科學家，她發論文的周期都很長，但每一篇論文都是業界的標杆，可以說是30年將一個事情做到極致，她也很少去考慮其他方向的問題研究。

諾貝爾物理學獎近四年的獲獎項目中，天體物理佔據三席。李志遠說，這對於黑洞研究者包括天體物理學者來說，當然是一個激勵，但其實黑洞的挑戰性和吸引力一直很大。以視界望遠鏡來說，它第一個目標就是銀心的黑洞，「雖然首張照片是恆星M87，但主要是因為觀測角度和數據分析相對容易，未來我們可以期待銀心黑洞的照片的發布。」李志遠表示。

【關於諾獎】

彭羅斯曾是霍金的「戰友」

此次諾貝爾物理學獎的頒發，讓讀者們再度想起了霍金。有網友表示過惋惜，如果霍金尚在人世，今天分享諾貝爾物理學獎的科學獎或將是4位。南大天文與空間科學學院教授王祥玉告訴記者，彭羅斯和霍金的確是「戰友」。在愛因斯坦去世十年後，彭羅斯和霍金在1965年一起提出並證明，黑洞確實可以形成：如果愛因斯坦的廣義相對論是正確的，那麼將有一個奇點、一個無限密度和時空曲率的點。在這個奇點中，所有已知的自然法則都停止了。這篇具有開創性的文章，被認為是繼愛因斯坦之後對廣義相對論最重要的貢獻。這一定理也被稱作彭羅斯—霍金奇點定理，彭羅斯因此與霍金分享了沃爾夫物理學獎。

彭羅斯還是位「科學明星」

南京大學數學系教授郭學軍曾在2009年3月份,接受華英文教基金的資助，在美國哥倫比亞大學數學系訪學期間,聽過羅傑·彭羅斯的講座。郭學軍告訴記者，彭羅斯還是一位科學明星, 他畫過不可能的」彭羅斯階梯」, 還有「彭羅斯瓷磚」，能夠以永不重複的方式鋪滿在無窮平面上。以色列晶體學家丹尼爾·謝赫特曼對彭羅斯瓷磚進行了了深入的研究, 在晶體中發現了類似的現象, 2011年還獲得了諾貝爾獎。

「彭羅斯演講的一開始就與眾不同, 居然是手寫的紙張, 然後使用實物投影。我當時很驚訝，世界級的科學家怎樣會用這麼原始的方式來展示他的成果?」郭學軍回憶，彭羅斯的報告非常精彩，「但是我對他的稱之為「大爆炸」的理論不太懂，只能感覺到是一個很有意義的理論。沒想到今天他獲得了諾貝爾物理獎。」揚子晚報/紫牛新聞記者 楊甜子

校對 蘇雲

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