2020年諾貝爾物理學獎官宣得主，黑洞發現者們「吸納」全部獎金

當地時間10月6日，瑞典皇家科學院常任秘書戈蘭·漢松宣布，將2020年諾貝爾物理學獎授予羅傑·彭羅斯（Roger Penrose），萊因哈德·根澤爾（Reinhard Genzel）和安德裡亞·格茲（Andrea Ghez），三位獲獎者因發現了宇宙中最奇特的現象黑洞，將分享1000萬瑞典克朗獎金（約合760萬人民幣）。

繼昨天公布2020年度首個諾貝爾獎項後，另一自然科學類獎項諾貝爾物理學獎在剛剛「官宣」得主。根據諾貝爾的遺志，諾貝爾物理學獎被授予「在物理學領域做出最重大發現或者發明的人」。

今年的諾貝爾物理學獎一半授予Roger Penrose，獲獎原因「發現廣義相對論預測了黑洞的形成」；另一半授予Reinhard Genzel和Andrea Ghez，獲獎原因「發現銀河系中心的超大緻密物體」。三位物理學家分享了今年的諾貝爾物理學獎，因為他們發現了宇宙中最奇異的現象之一——黑洞。

Roger Penrose

黑洞的形成是廣義相對論的可靠預測

羅傑•彭羅斯（Roger Penrose）1931年生於英國科爾切斯特，英國牛津大學教授。

1965年1月，愛因斯坦去世十年後，羅傑·彭羅斯（Roger Penrose）使用了巧妙的數學方法證明黑洞是阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）廣義相對論的直接結果，證明了黑洞確實可以形成並對其進行了詳細描述。自愛因斯坦以來，他開創性的文章仍被視為對廣義相對論的最重要貢獻。

雖然黑洞是從廣義相對論中推導而出的，但作為廣義相對論的提出者，愛因斯坦卻認為黑洞這種天體只是存在於理論之上，並沒有實際的意義，因為在現實之中，黑洞的存在會違反一些物理定律，這些超重的怪物會捕獲進入它們的所有物體，沒有什麼可以逃脫，甚至光。也正是因為黑洞只進不出的特性，也就有了「黑洞」這個名字。

Reinhard Genzel&Andrea Ghez

發現銀河系中心的超大緻密物體

萊因哈德·根澤爾（Reinhard Genzel）和安德裡亞·格茲（Andrea Ghez）各自領導著一組天文學家，自1990年代初以來，他們一直專注於觀測銀河系中心一個名為射手座A*的區域。

萊因哈德·根澤爾（Reinhard Genzel）1952年出生於德國巴特洪堡，安德裡亞·格茲（Andrea Ghez）1965年出生於美國紐約市。

值得注意的是，安德裡亞·格茲是迄今以來第四位在諾貝爾物理學獎獲獎的女性，前三名分別是我們熟知的「居裡夫人」瑪麗·居裡、德裔美國物理學家瑪麗亞格佩特·梅耶和2018年的得主唐娜斯特裡克蘭。

Genzel和Ghez使用世界上最大的望遠鏡，開發出了新的方法，可以透過巨大的星際氣體和塵埃雲看到銀河系的中心。他們擴展了技術的極限，完善了新技術，製造了獨特的儀器並能夠藉此致力於長期研究。

藉助望遠鏡，他們對射手座A*所進行的觀測是人類第一次觀察到離黑洞很近的物質，也是迄今為止對離黑洞很近的物質進行的最詳細的觀察，距離銀河系中央最亮的恆星的軌道也被越來越精確地繪製出來。

而Genzel和Ghez兩組的觀測結果一致，都發現了一個非常重的，看不見的物體，它拉動恆星的混亂，使它們飛速移動，也就是後來被稱作射手座A*的黑洞。

Reinhard Genzel

根據愛因斯坦的廣義相對論，光線在強引力場作用下會出現拉伸現象，波長變長，向紅波方向偏移，這被稱為引力紅移效應。

隨著S2恆星通過銀河系中央的黑洞，強大的引力場導致其光線向光譜的紅色一端移動。圖片來源：ESO/M。Kornmesser

自上世紀90年代初，Genzel和同事便開始追蹤這顆名為S2的恆星的「旅程」。科學家利用位於智利的歐洲南方天文臺的望遠鏡，觀察了其在黑洞附近以橢圓形軌道運行的情況。該黑洞位於射手座，在銀河系產生了強大的引力場，這使其成為搜尋相對論效應的理想目標。

2018年5月19日，S2以史上最近的距離經過該黑洞。研究人員利用包括GRAVITY在內的設備追蹤了這顆恆星的路徑。GRAVITY是一臺將來自4臺8米望遠鏡的光線結合在一起的幹涉儀，在2016年投入使用。

GRAVITY測量了S2在天空的移動。最快時，這顆恆星以每秒超過7600公裡（接近光速的3%）的速度呼嘯而過。與此同時，另一臺設備研究了S2在和黑洞擦肩而過時以多快的速度向地球移動以及離開地球。將觀測結果整合在一起，Genzel團隊得以探測到這顆恆星的引力紅移——描述其光線如何因黑洞的巨大引力被拉伸至更長的波長。此類現象同廣義相對論的預測相一致。

Genzel曾表示不敢奢望觀測這麼快就能實現，在提到射手座A*是超大質量黑洞這一長期存在的假設時，Genzel總結道，觀測結果是對大質量黑洞範式的一次響亮的確認。

Andrea Ghez

自2003年到2019年，Andrea Ghez領導的研究團隊對銀河系中心黑洞射手座A*進行133個夜晚的觀測，總共觀測了13000次。

這些圖像是由夏威夷的WM凱克天文臺和智利的歐洲南方天文臺的超大望遠鏡收集的。Ghez團隊發現，在2019年5月13日，黑洞外面的「不歸路」區域(所謂的因為一旦物質進入，它永遠無法逃脫)的亮度是下一個最亮的觀察的兩倍。

「我們在研究超大質量黑洞的24年裡從未見過這樣的事情。」Ghez曾表示，截止現在，該團隊還在繼續觀察該區域，並將根據他們從新圖像中看到的內容嘗試解決一系列問題。

Genzel和Ghez的開創性工作為我們提供了迄今為止最令人信服的證據，表明銀河系中心有一個超大質量的黑洞。

「今年的獲獎者的發現為超大緻密物體的研究開闢了新領域。但是這些奇特的物體仍然提出了許多問題，以求答案並激發未來的研究。諾貝爾物理學委員會主席戴維·哈維蘭德（David Haviland）表示：「不僅是關於它們的內部結構的問題，而且還有關於如何在黑洞臨近區域的極端條件下測試我們的引力理論的問題。」

恭喜三位獲獎者，感謝他們對人類發展做出的傑出貢獻！

延伸閱讀

數百年前，物理學被認為是最重要的學科。諾貝爾在要求設立五大獎項的遺囑中，物理學是最先被提及的領域。

1901年至2019年，諾貝爾物理學獎共頒發過113次。其中有6個年份沒有頒發過諾貝爾物理學獎，分別是1916年、1931年、1934年、1940年、1941年和1942年。原因一如組委會所說：「如果候選人的貢獻沒有達到要求，那麼獎金就會被保留至第二年。如果第二年仍沒有合適的人選，那麼，獎金將回流至基金會的初始基金裡。」此外，在兩次世界大戰期間，諾貝爾獎也鮮少頒發。

據統計，在百餘年中，物理學獎是華人拿獎最多的諾貝爾獎項，共有6名華人科學家獲此殊榮，分別是李政道、楊振寧、丁肇中、朱棣文、崔琦和高琨。

參考資料來源：

諾貝爾獎官網、中國科學報、央視新聞、澎湃新聞、大學網