物理諾獎？天文諾獎

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編譯：李遠飛

校對：童牧天

審閱：牧夫天文校對組

美編：簡稚珉

後臺：庫特莉亞芙卡 李子琦 徐⑨坤

參考連結：

https://www.nobelprize.org/uploads/2020/10/press-physicsprize2020.pdf

https://www.nobelprize.org/prizes/lists/all-nobel-prizes-in-physics/

https://wenku.baidu.com/view/8c7577ee172ded630b1cb6bd.html#

www.newscientist.com/people/roger-penrose

Notice

三位諾獎得主的「領獎照」

圖源：瑞典皇家科學院

No.1 四年三獲

就在昨天，瑞典皇家科學院揭曉了今年諾貝爾物理學獎的三位獲得者。獎金一半被頒給英國理論物理學家羅傑·彭羅斯（Roger Penrose），以表彰其發現黑洞的形成是廣義相對論的一項重大推論。另一半由德國天文學家萊茵哈德·根澤爾（Reinhard Genzel）和美國天文學家安德烈婭·蓋茲（Andrea Ghez）平分，以表彰他們共同發現了銀河系中心超大質量的緻密天體。

這次瑞典皇家科學院的頒獎決定可謂又一次「打臉」了物理諾獎在凝聚態-天體物理-粒子物理-光學中循環的不成文的規定，也同時使得之前的大量預測紛紛翻車。掐指一算，近四年內物理諾獎有三次都頒給了天文領域的發現，也難怪大家紛紛高呼物理諾獎改名天文諾獎。接下來就跟著牧夫一起揭開今年天文諾獎的真面紗吧。

No.2 星系中央的黑色猛獸

今年的這三位諾貝爾獎獲得者們都因他們對宇宙中最奇異的現象之一——黑洞的發現而獲獎。彭羅斯的研究顯示廣義相對論必然導致黑洞的形成；根澤爾和蓋茲則發現在銀河系中心一個看不見並且質量極大的天體控制著恆星的運行軌道。一個極大質量黑洞是我們現在唯一對其的解釋。

今年的三位諾獎得主，從左起分別為彭羅斯（Roger Penrose）、根澤爾（Reinhard Genzel）和蓋茲（Andrea Ghez）

圖片來源：The Nobel Prize推特

羅傑·彭羅斯用巧妙的數學方法證明了黑洞是愛因斯坦廣義相對論的一個直接推論。愛因斯坦本人並不相信黑洞真的存在，這些擁有巨大質量的怪物們能夠捕獲所有進入它視界範圍內的東西，甚至連光也無法從中逃脫。

由事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope）拍攝的距離地球5500萬光年的M87*黑洞的照片

圖片來源：事件視界望遠鏡項目

1965年，愛因斯坦逝世十年後，彭羅斯證明了黑洞真的可以存在，並對其進行了詳盡的數學描述；在黑洞中心有一個奇點，在這裡所有我們已知的自然規律都不再適用。他突破性的論文至今仍被認為是在愛因斯坦之後對廣義相對論做出的最重要的貢獻。

彭羅斯被認為是現今世上最重要的理論物理學家之一。他與史蒂芬·霍金在黑洞性質上的研究徹底改變了我們對宇宙的認知。同時，彭羅斯也是數學物理領域的絕對大牛，大家可能或多或少聽說過的「彭羅斯三角」就是由他提出的。

知名遊戲《紀念碑谷》就借鑑了彭羅斯三角的創意

他與霍金證明了如果廣義相對論是正確的，那就會存在一個奇點，在這裡密度無窮大，時空被無限扭曲。由於他們提出的彭羅斯-霍金奇點定理，他和霍金在1988年共同獲得了沃爾夫物理學獎，也難怪頒獎後大家紛紛為霍金的提前離去感到遺憾。

彭羅斯也由其在量子引力方面的傑出貢獻為人所知，他在扭量理論（twistor theory）上的研究處理了時空幾何的問題。他是英國牛津大學的榮譽數學教授，同時也是一名科學作家，著有《通向實在之路》等書。

另外兩位諾獎得主茵哈德·根澤爾和德莉亞·蓋茲分別領導了兩個天文學家小組。從20世紀90年代初開始，這兩個小組便專注於研究在銀河系中心被稱為人馬座A*的一塊區域，並負責繪製這片區域附近恆星的軌道。這兩個小組的研究結果都指向一個事實-一個擁有極大質量的，不可見的天體正吸引著這一群恆星，使得它們以「驚人的」速度運行。相當於大約四百萬個太陽的質量被壓縮於不到一個太陽系體積的區域內。

錢德拉X射線天文臺拍攝的人馬座A*黑洞，由X射線和紅外波段數據合成得到的圖像

https://www.chandra.harvard.edu/photo/2013/sgra_gas/

利用世界上最大的天文望遠鏡，根澤爾和蓋茲發明了一種方法，使得他們能夠透過體積龐大的星際氣體和塵埃看到銀河系的中心。通過將現有的科技利用到極限，他們改進了原本的技術來彌補地球大氣層所造成的扭曲，建造了獨特的儀器並致力於更長期的學術研究。他們開拓性的研究給我們提供了迄今對銀河系中心存在超大質量黑洞的最有力證據。

諾貝爾物理學委員會主席戴維·哈維蘭德說：「今年諾獎獲得者們的發現是在超大質量和密度天體研究上的重大突破。但是這些奇特的天體仍舊給我們留下了很多尚未解答並亟待未來研究的問題。這些問題不僅有關於黑洞的內部結構，還有關於如何在黑洞附近的極端環境下檢驗我們現有的引力理論。」

黑洞的研究從1783年英國哲學家米歇爾提出的暗星想法開始，到1915年愛因斯坦的廣義相對論，到1916年愛因斯坦場方程的史瓦西解被提出，到克爾解，到之後人類拍攝史上第一張黑洞照片，仍在繼續。諾貝爾獎所表彰的發現當之無愧，為人類微微揭開宇宙中這類極端天體的神秘面紗。但我們仍然對黑洞所知甚少，新的發現不斷地衝擊我們對黑洞、甚至是宇宙原本的認知，在尋找自然終極的真相這條路上我們還任重而道遠。

No.3 諾貝爾獎和天文學

除了近幾年來天文成就在諾貝爾獎上的「霸榜」，自上個世紀來天文學便是諾獎的常客了，讓我們一起來看看諾獎史上有哪些天文發現吧！

2019年：頒給美國普林斯頓大學詹姆斯·皮布爾斯（James Peebles）教授，以表彰他「在物理宇宙學的理論發現」，以及瑞士日內瓦大學的米歇爾·馬約爾（Michel Mayor）教授和瑞士日內瓦大學教授兼英國劍橋大學教授迪迪埃·奎洛茲（Didier Queloz），以表彰他們「發現了一顆圍繞類太陽恆星運行的系外行星」。

2017年：頒給美國三位科學家雷納·韋斯（Rainer Weiss）、基普·索恩（Kip Thorne）、巴裡·巴裡什（Barry Barish），以表彰他們在LIGO檢測器（雷射幹涉引力波天文臺）和引力波觀測的決定性貢獻。

2011年：頒給美國加州大學伯克利分校教授索爾·佩爾馬特（Saul Perlmutter）、澳大利亞國立大學教授布萊恩·施密特（Brian Schmidt），以及美國約翰斯霍普金斯大學教授亞當·裡斯（Adam Riess），他們由對遙遠超新星爆炸的觀測發現宇宙正在加速膨脹。

2006年：頒給美國科學家約翰·馬瑟（John C. Mather）和喬治·斯穆特（George Smoot），以表彰他們發現了宇宙微波背景輻射的黑體形式和各向異性。

2002年：一半頒給日本科學家小柴昌俊(Masatoshi Koshiba)與美國賓夕法尼亞大學的雷蒙德.戴維斯（Raymond Davis Jr.），他們在探測宇宙中微子方面取得的成就促使了中微子天文學的誕生；另一半頒給了美國華盛頓特區聯合大學的裡卡多·賈科尼（Riccardo Giacconi），表彰他在發現宇宙X射線源中做出的貢獻，這促使了X射線天文學的誕生。

1993年：授予美國新澤西州普林斯頓大學的赫爾斯（Russell A.Hulse) 和小約瑟夫·泰勒（Joseph H. Haylor,Jr),以表彰他們發現了一種新型的脈衝星，這一發現為研究引力開闢了新的可能性。

1983年：一半授予美國伊利諾斯州芝加哥大學的錢德拉塞卡（Subramanyan Chandrasekhar） ，以表彰他對恆星結構和演變有重要意義的物理過程的理論研究；另一半授予加利福尼亞州帕薩迪那加州理工學院的W.A.福勒（William Alfred Fowler）,以表彰他對宇宙中化學元素的形成有重要意義的核反應的理論和實驗研究。

1978年：一半授予蘇聯莫斯科蘇聯科學家學院的卡皮查（Pyotr L.Kapitsa）,以表彰他在低溫物理學領域的基本發明和發現；另一半授予新澤西州霍姆德爾貝爾實驗室德裔物理學家彭齊亞斯（Arno A.Penzias）和R.威爾遜（Robert W.Wilson），以表彰他們發現了宇宙背景微波輻射。

1974年：頒給英國劍橋大學的賴爾（Martin Ryle）和休伊什（Antony Hewish）, 以表彰他們在射電天文學方面的先驅性工作，賴爾獲獎是由於它的觀測和發明，特別是綜合孔徑技術的發明；休伊什則是由於他在發現脈衝星所起的決定性作用。

……

歸根到底，雖然「天文諾貝爾獎」只是個玩笑，但我們不得不承認頻繁得獎的背後是瑞典皇家科學院和物理學界近年來對於天文和天體物理發展的認可和支持。或許，此時我們終於可以大膽立下flag：「二十一世紀是天文的世紀！」

THE END

責任編輯：王延昕

牧夫新媒體編輯部

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阿爾弗雷德·諾貝爾獎章

來源：百度百科