「如果再早幾年，霍金應該也能得諾獎」| 2020諾貝爾物理學獎

作者：鄭金武 袁一雪 韓揚眉 任芳言

黑洞，一個魔力之地。

在宇宙中，黑洞吞噬一切，即便光亦難以逃脫。

在科學的世界裡，黑洞作為天體物理學前沿問題，吸引了一大批科學家為之著迷沉醉。

2017年，諾貝爾物理學獎頒給了研究黑洞合併形成的引力波的三位科學家。

今天，2020年諾貝爾物理學獎再度降臨天體物理學，三位科學家因「發現了宇宙中最奇特的現象黑洞」而獲殊榮：

羅傑·彭羅斯（Roger Penrose）

萊因哈德·根澤爾（Reinhard Genzel）

安德裡亞·格茲（Andrea Ghez）

黑洞引發的「引力波」，一直在宇宙中迴蕩。

2017年，諾貝爾物理學獎授予美國科學家雷納·韋斯、巴裡·巴裡什和基普·索恩，以表彰他們為「雷射幹涉引力波天文臺」（LIGO）項目和發現引力波所作的貢獻。

而今，黑洞再次觸動世界的注意力。

2020年諾貝爾物理學獎，一半授予羅傑·彭羅斯（Roger Penrose），因其「發現廣義相對論預測了黑洞的形成」；另一半授予萊因哈德·根澤爾（Reinhard Genzel）和安德裡亞·格茲（Andrea Ghez），因其「發現銀河系中心的超大質量黑洞」。

羅傑·彭羅斯（Roger Penrose）：

英國數學物理學家與牛津大學數學系名譽教授。

他在數學物理方面的工作擁有高度評價，特別是對廣義相對論與宇宙學方面的貢獻。

萊因哈德·根澤爾（Reinhard Genzel）：

出生於巴特洪堡，德國天體物理學家。

美國和德國天文和物理學會會員，美國物理學會會員，美國國家科學院外籍院士。

安德裡亞·格茲（Andrea Ghez）：

美國天文學家，加州大學洛杉磯分校物理學和天文學教授。

專家解讀：

黑洞研究是天體物理學熱點

清華大學物理系天體物理中心教授王曉鋒：今年的諾貝爾物理學獎頒給三位天體物理學家，因為他們對宇宙中最奇特現象——黑洞的理論和觀測研究。

羅傑·彭羅斯通過新奇的數學方法研究了愛因斯坦的廣義相對論，並顯示該理論預測了黑洞的形成。他還與霍金一起證明了奇點定理。

在宇宙中，黑洞會捕獲一切進入其中的東西，沒有任何東西可以逃離黑洞，即便是光也無法逃脫。

萊因哈德·根澤爾和安德裡亞·格茲各自帶領著一群天文學家，從上世紀九十年代初就開始通過測量銀河系中心人馬座區域的恆星的運動情況來研究銀河中心天體的性質。

隨著觀測精度的提高，兩組研究人員都發現，位於銀河系中心有一種看不見但具有強大引力的天體，促使這些恆星在周圍快速轉圈。

這個看不見的中心天體質量大約有400萬倍太陽質量，根據引力理論可以判斷那是一個超大質量黑洞。

中國科學院院士、中科院理論物理研究所所長蔡榮根：天體物理和宇宙學現在是一個黃金時期，是一個非常活躍的時期。

宇宙是未來重大科學發現的溫床，有許多的秘密會來自於天上。

就像著名理論物理學家威騰所說，黑洞在他學生時代是科幻小說裡面的一個概念，現在變成了一個實實在在科學的存在，一個科學研究的前沿。

大家以前都不太相信黑洞是存在的，現在大量的天文學觀察，證明黑洞確實是在宇宙中大量存在。

今年諾獎的另外兩個獲得者的發現，銀河系中心的所謂超大質量緻密天體，就是黑洞。

中國科學院武漢物理與數學研究所研究員蔡慶宇：曾經天文學並不包含在諾貝爾物理學獎的頒獎領域中，從上世紀七十年代後才被納入。

我認為諾貝爾獎頒給黑洞研究的時間應該再早些，因為黑洞研究的黃金年代開始於上世紀的六七十年代。如果可以再早幾年，霍金應該也能獲得諾貝爾獎。

可惜的是，現在霍金已經去世了，這也是今年諾獎的一個遺憾。

黑洞的物理性質神秘而神奇，這次頒獎不僅是對黑洞領域理論和實驗工作的認可，而且會進一步激發該領域的科學家迎難而上，百尺竿頭更進一步。

與中國科學家有諸多交流

中國物理學會會員張軒中：羅傑·彭羅斯是一個懂得感恩的人。

成為物理學家之前，他首先是一位數學家，他的老師是霍奇。

在讀博士的時候，他遇到了霍金的老師丹尼斯·塞阿瑪（Dennis Sciama），丹尼斯·塞阿瑪想找一個數學基礎好的人一起做研究，而羅傑·彭羅斯正好有興趣。

羅傑·彭羅斯曾寫了一本書《The road to reality》（《通往現實之路》），在這本書的扉頁裡，他寫道「To Sciama」，說丹尼斯·塞阿瑪是他進入宇宙學和天體物理領域的引路人。

他還是一個雄心勃勃的人。

愛因斯坦有個遺願，就是要把引力和量子力學統一起來，建立一個大一統的理論。

而丹尼斯·塞阿瑪從事的很多問題都是基礎性的大問題，他希望建立這樣一個理論。

北京大學科維理天文與天體物理研究所副所長吳學兵：我跟萊因哈德·根澤爾比較熟悉，他曾受北京大學科維理天文與天體物理研究所的邀請，於2008年11月訪問過北大，還做過科普報告，報告內容就是「大質量黑洞和星系」。

萊因哈德·根澤爾在2008年曾獲得「邵逸夫天文學獎」，他是一個非常忙碌的科學家，我們好不容易才邀請到他來北大訪問。

講座中他還放了一個很多恆星圍繞黑洞轉動的視頻，給我們留下了深刻印象。

南京大學天文與空間科學學院教授李志遠：這十年間，我和安德裡亞·格茲教授一直保持著學術交流。

今年上半年，我和她共同在《天體物理學雜誌》上發表了研究報告，探討銀心黑洞旁邊是否可能存在一個質量較小的黑洞。

安德裡亞·格茲是我非常敬佩和尊重的科學家，她潛心研究一個問題數十年，還能帶領一個較大規模的團隊開展研究工作。

她熱心、擅長科普工作，是一位非常出色的女性科學家代表。

中國科學院紫金山天文臺研究員劉四明：我也在研究銀河系中心的超大質量黑洞，所以認識萊因哈德•根澤爾和安德裡亞•格茲。

兩位科學家在上世紀九十年代初就一直專注於銀河系中心區域的觀測研究，通過自適應光學系統，修正大氣擾動對恆星的觀測位置帶來的幹擾，最終在銀河系中心發現了一個非常重且看不見的物體。

這個「神秘」的物體就是黑洞。

北京師範大學物理學系副教授張宏寶：我是羅傑·彭羅斯的鐵桿粉絲，他不僅是很厲害的數學物理學家，也是一名優秀的科普作者，他寫了很多科普作品，比如《通往現實之路》、《皇帝新腦》（The Emperors New Mind）等。

與科普書裡儘量不出現公式的霍金不同，彭羅斯擅長硬核科普，他的科普著作裡會有大量的數學公式。

他的《通往現實之路》就是典型代表。

有一年彭羅斯在加拿大出席活動，我也在場，我拿著他的《通往現實之路》請他籤名。

他當時已經八十多歲了，很和藹的答應了我的請求。彭羅斯做報告的時候，往往會用手繪的幻燈片，這點我也很喜歡。

尚待持續深入研究

吳學兵：之前引力波的探測發現也獲得了2017年諾貝爾物理學獎，引力波就是兩個黑洞合併時產生的。

在黑洞領域還有許多值得深入研究的問題。比如大質量黑洞的形成問題，黑洞怎麼從小變大的？是通過不斷合併，還是通過吸引周圍的物質逐漸增加質量的？

此外，黑洞形成也許還有其他更奇特的物理過程，比如有人預言有些黑洞形成時就有上萬倍太陽質量這麼重。

像這些未解決的科學問題，都還有待科學家們持續深入地開展研究。

中國科學院國家天文臺研究員苟利軍：關於黑洞還有很多值得研究的內容，比如噴流是如何產生的，黑洞周圍的一些氣體運動狀態如何，這些都期望未來可以通過高解析度望遠鏡獲得更多研究成果。

蔡慶宇：今年的物理學獎頒給的這兩項關於黑洞的研究，前者是理論，後者是天文觀測，它們既是物理與天文的完美結合，也是理論與實踐的統一。

可以說是比較完美的「獲獎組合」。

我還想指出一點，從上世紀70年代初期霍金預言黑洞可以輻射開始，黑洞一直是檢驗量子引力理論的「試驗田」，對黑洞性質的研究關乎著理論物理研究的最前沿。

堅持+好奇心成就基礎研究

中國科學院院士、北京石墨烯研究院院長劉忠範：今年諾貝爾物理學獎授予了非常基礎的天體物理工作：發現黑洞現象和銀河系中心超大質量黑洞。

應該說，這就是大家所說的從0到1的基礎研究。

其實這種原創性的科學發現是很難「規劃」出來的，更多的源於科學家們的強烈的好奇心。

事實上，總有一些非常純粹的學者，懷著強烈的好奇心和求知慾，心無旁騖地做一些看似毫無用處的科學探索工作。

他們的研究成果不斷深化著人類對自然界和宇宙的認識，會寫到教科書裡，留在科學史上。

這種純基礎性的研究，該不該重視，又該如何重視呢？個人認為，更重要的是培育創新性的文化環境和文化土壤。

有了好的環境和土壤，就會長出好的莊稼，長出參天大樹。

絕不能急功近利，搞所謂的重點專項和重點攻關。

從某種意義上講，基礎研究突破是不可預期的，也無法重點培育。

吳學兵：基礎研究是很多科學和應用研究的基礎，發達國家都非常重視基礎研究，這對我國的科研工作是很有啟示作用的。

這種基礎科學研究不能是急功近利的。

今年獲得諾獎的三位物理學家，都是幾十年一直堅持做黑洞的科學研究。

因此對基礎研究的支持，不能只是暫時的，要求很短時間就見效益是不妥的。

好奇心是開展科學研究的出發點和動力。

好奇心加長期堅持，才能在基礎研究方面取得成就。

王曉鋒：近年來，引力波、黑洞等這些之前被認為偏冷門的基礎研究能夠屢獲諾貝爾獎，我個人認為這對我國如何搞好基礎科研工作具有很好的啟示作用。

基礎研究領域，需要培養強烈的好奇心。

興趣是驅動基礎科學研究的動力，而許多看似無用的科學研究，長期堅持卻能最終成為世界級成果。

同時，這對培養廣大青少年探究科學的興趣也有很大的促進作用。