諾貝爾物理學獎公布!3位研究黑洞的科學家獲獎,霍金本應有姓名

2020-12-04 愛範兒

諾貝爾獎,這個旨在獎勵物理、化學或醫學等領域最優秀貢獻者的獎項,將在國慶黃金周內逐一揭曉。

由於國外仍然受到疫情的影響,今年的諾貝爾獎取消了以往在瑞典首都舉行的頒獎典禮,轉為在線上直播。

但獎金的金額卻有所增加 —— 得益於諾貝爾基金會良好的年投資回報率,今年,每項諾貝爾獎的獎金均增至 1000 萬瑞典克朗,相比去年增加了 100 萬,總計相當於人民幣 760 萬元。

▲ 圖片來自:NYT

首批獲得該獎金的人已經出現,分別為哈維阿爾特(Harvey J. Alter),麥可霍頓(Michael Houghton)以及查爾斯M賴斯(Charles M. Rice)三人,他們因發現了C型肝炎病毒,榮獲了今年的諾貝爾生理學或醫學獎。

10 月 6 日傍晚,2020 年諾貝爾物理學獎得主也正式出爐。本次獎項與黑洞有關,其中一部分由羅傑彭羅斯(Roger Penrose)獲得,以表彰他「發現黑洞的形成是對廣義相對論的一次強有力預測」。

而另一半則由萊因哈特根澤爾(Reinhard Genzel)和安德裡亞格茲(Andrea Ghez)獲得,因為他們「發現了銀河系中心的一個超大緻密天體的存在」。

為什麼他們能獲獎?

英國數學物理學家羅傑彭羅斯(Roger Penrose)於 1931 年出生於英國埃塞克斯州的一個醫生家庭,在物理學、數學和幾何學方面都做出了很多貢獻,但本次他能獲得諾貝爾物理學獎,與 1965 年他所撰寫的《引力坍塌和時空奇點》論文有關。

1916 年,愛因斯坦發表了著名的廣義相對論,不僅預言了引力波的存在,還認為某些大質量恆星在消亡時都會變成一個黑洞,這些扭曲的空間會捕獲周圍的一切,連光線都無法逃逸。

不過,愛因斯坦自己卻不相信黑洞的存在,直到 1965 年 1 月,也就是愛因斯坦去世 10 年後,羅傑彭羅斯撰寫的論文,才證明了黑洞確實可以形成,同時也是愛因斯坦廣義相對論的必然結果。

在他看來,黑洞的中心隱藏著一個奇點,而在這個奇點中,密度和引力都將變得無窮大,所有已知的物理規律都將失效。

諾貝爾獎委員會表示,羅傑彭羅斯當時撰寫的論文,是繼愛因斯坦之後對廣義相對論最重要的貢獻。

值得注意的是,著名的奇點理論,是由史蒂芬霍金與彭羅斯一起提出的,也就是說,如果霍金仍在世的話,今年獲得諾貝爾物理學獎的人,或許不會只有彭羅斯一人。

本次諾貝爾物理學獎的另一半,由德國天體物理學家萊因哈特根澤爾和美國天文學家安德裡亞格茲獲得,而格茲也是歷史上第 4 位,獲得諾貝爾物理學獎的女性科學家。

簡單來說,他們所做的,就是找到了黑洞的存在以及它所帶來的影響。

兩人自 20 世紀 90 年代起,就各自率領科研小組,研究銀河系中心一個名為「人馬座 A*」的區域。他們發現,該區域存在一個看不見的物體,質量是太陽的 400 萬倍,且擁有銀河系中最強的引力場,甚至能控制四周恆星的運行軌道。

為了更好地追蹤恆星的運行旅程,兩支團隊使用了智利、夏威夷上的巨大天文望遠鏡進行觀測,但恆星繞行黑洞一圈需要 16 年,且 20 世紀末的技術還不足以得到精確的數據。

直到 2018 年,兩支團隊才找到解決方法,成功透過地球大氣層,以及宇宙塵埃和氣體,捕捉到將恆星釋放的光線拉長的巨大黑洞,也證明銀河系中心確實存在著一個超重空間。

諾貝爾物理學獎委員會主席戴維哈維蘭(David Haviland)表示:「今年的獲獎者們在研究緻密、超大質量天體方面都開闢了新的領域。但是,這些奇異的物體也衍生出新的問題,我們仍需要尋找答案,推動未來的研究。」

自諾貝爾物理學獎設立以來,一共有 200 多名物理學家獲得了該殊榮。

2019 年,諾貝爾物理學獎頒發給 3 人,分別是詹姆斯皮布爾斯(James Peebles),米歇爾麥耶(Michel Mayor)和迪迪埃奎羅茲(Didier Queloz)。

▲ 圖片來自:Nobel

不過他們並非參與到同一個科研項目。其中,皮布爾斯是在物理宇宙學理論方面有所貢獻,麥耶和奎羅茲則因發現了太陽系外第一個系外行星而獲獎。

據統計,在所有諾貝爾獎中,物理學獎也是華人拿獎最多的獎項。截止到現在,一共有 6 名華人科學家獲此殊榮,包括李政道、楊振寧、丁肇中、朱棣文、崔琦和高琨。

諾貝爾獎得主們都越來越老了

作為科學界最具聲望的獎項,諾貝爾獎在正式公布前,往往不為外人所知,提名信息往往要在 50 年後才能解密,甚至連獲獎者自己,都是在結果公布後那一刻才會「被告知」。

正因為這種高度的保密性,使得預測每年諾貝爾獎得主變成了一件非常困難的事。

不過,依舊有人會根據過往諾獎的評選結果,摸索出一些規律。

復旦大學物理學系教授施鬱便認為,本世紀以來,諾貝爾物理學獎的獲獎領域基本都在粒子物理、原子分子光物理、凝聚態物理和天體物理這 4 個領域中輪轉,且目前每個領域的獲獎次數基本持平。

不過在今年,諾貝爾物理獎再次頒給了天體物理領域,也在一些猜測者們的意料之外。

▲ 本世紀以來的諾貝爾物理學獎成果。圖片來自:施鬱

2020 年 7 月,美國史丹福大學的研究人員 John Ioannidis 還對 1995-2017 年的諾貝爾獎得主進行了梳理,發現在現有的 114 個科學領域中,有半數以上的諾貝爾科學類獎項,都集中在粒子物理學、細胞生物學、原子物理學、神經科學和分子化學這 5 個領域。

這一結果也讓諾貝爾獎遭受到批評,一些人認為諾獎的評選領域過於集中,反而忽略了其它視野內的發展,以及部分科研工作者們的貢獻。

另外,進入到 21 世紀後,由於技術、科研環境的快速發展,以及各國科研成果的增多,諾貝爾科學類獎項的評選範圍也變得越來越大,很多科學家並不會在取得科學突破後,就馬上獲獎。

▲ 科學家發表成果,與獲得諾貝爾獎時間間隔統計。圖片來自:中國科學報

根據《中國科學報》的統計,諾貝爾科學類獎項的獲獎者,從成果發表,到正式獲獎,可能需要經歷 10-30 年不等的時間。

▲ 圖片來自:The Guardian

《衛報》的數據也顯示,在 1931-1940 年,諾貝爾物理學獲獎者的平均年齡僅為 41 歲,但在過去 10 年裡,得獎者的平均年齡已經接近 70 歲。

這意味著,很多科學家可能要等到晚年,其研究成果才會被業界所認可。

2019 年的諾貝爾化學獎便是個很典型的例子。3 位獲獎者分別在上世紀 70、80 和 90 年代推動了鋰離子電池技術的發展和商用進程,可直到每個人都進入古稀之年,才獲得了諾貝爾獎的垂青,可以說是一個「遲來的獎項」。

至於今年的諾貝爾物理學家,獲獎三人的年齡最老已經到了 89 歲,最年輕的則是 55 歲。

▲ 因鋰電池獲得 2019 年諾貝爾化學獎的日本科學家吉野彰

更多科學家,在有生之年裡,甚至都等不來諾獎的認可,確實令人惋惜。

正因如此,不少諾獎得主都認為,自己獲獎的最大原因來自於「運氣」,以及,能堅持活到可以拿到獎項的年齡。

當然,運氣背後往往也有著不可否認的實力。可以肯定的是,每一位諾貝爾獎的獲得者,都是願意把做學問當作興趣,並執著前行的人。

題圖來源:Nobel

未來幾天,還會有另外 4 項諾貝爾獎將會揭曉,分別是諾貝爾化學獎、諾貝爾文學獎、諾貝爾和平獎以及諾貝爾經濟學獎,我們將繼續保持關注。

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    1965年出生於美國紐約,1992年畢業於美國加州理工學院,獲博士學位,1994年成為加州大學洛杉磯分校的教授並開始研究黑洞,她的研究涉及使用高空間解析度成像技術,例如凱克望遠鏡的自適應光學系統,來研究恆星形成區域和銀河系中心被稱為射手座A *的超大質量黑洞。關於諾貝爾物理學獎諾貝爾物理學獎第一次頒獎是在1901年,迄今為止共有215位獲得該獎。
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    瑞典皇家科學院宣布,羅傑·彭羅斯、萊因哈德·根澤爾和安德裡亞·格茲3位科學家獲2020年諾貝爾物理學獎。諾貝爾網站介紹稱,彭羅斯因「發現黑洞的形成是廣義相對論的有力預測」而獲獎,根澤爾與格茲因「在銀河系中心發現了一個超大質量的緻密天體」而獲獎。
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    蓋茲也是迄今第四位獲諾貝爾物理學獎的女性科學家。三位科學家將分享1000萬瑞典克朗(約合112萬美元)獎金,彭羅斯獲得其中一半,根策爾和蓋茲共享另外一半。其中,研究黑洞的理論物理學家彭羅斯獲得一半獎金,另兩位觀測、計算出銀河系中心超大質量黑洞的天體物理學家分享另一半獎金。黑洞堪稱宇宙中最神秘的天體,這三位科學家如何增進了人類對黑洞的認識?記者第一時間採訪了上海的科學家和科普作家。
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