2020諾貝爾物理學獎因在黑洞上的工作獲獎天體物理學家解釋了開拓...

黑洞也許是自然界中最神秘的物體。它們以極端的方式扭曲了空間和時間，並且包含了數學上的不可能，奇異點-其中是無限熱和密集的物體。但是，如果存在黑洞並且確實是黑洞，那麼我們究竟將如何進行觀測？

羅伯特·彭羅斯（Robert Penrose）是一位從事黑洞研究的理論物理學家，他的作品不僅影響了我，而且影響了他的整個一代人，包括他撰寫的一系列深受歡迎的物理插圖的精美手繪插圖。昨天，諾貝爾委員會宣布，將向三位科學家（包括羅傑·彭羅斯爵士，萊因哈德·根澤爾和安德裡亞·赫茲）頒發2020年諾貝爾物理學獎，他們幫助發現了如此深刻的問題。安德烈·格茲（Andrea Ghez）僅是獲得諾貝爾物理學獎的第四位女性。

作為1990年代彭羅斯（Penrose）擔任訪問職位的賓夕法尼亞州立大學的研究生，我有很多與他互動的機會。多年以來，我一直被這個領域的巨人嚇倒，只是偷偷瞥見他在辦公室工作的樣子，在黑板上畫出了看起來怪異的科學圖畫。後來，當我終於有勇氣與他交談時，我很快意識到他是周圍最平易近人的人之一。

垂死的恆星形成黑洞

羅傑·彭羅斯爵士（Sir Roger Penrose）在1965年的開創性工作中獲得了一半的獎金，這是通過一系列數學論證證明的，在非常一般的條件下，物質坍塌會觸發黑洞的形成。

這一嚴格的結果開闢了一種可能性，即恆星耗盡核燃料時發生的引力坍塌的天體物理過程會導致自然界中形成黑洞。他還能夠證明，黑洞的中心必須存在物理奇異點-密度無限大的物體，物理定律只是在此分解。奇異的是，我們對空間，時間和物質的觀念都瓦解了，解決這個問題也許是當今理論物理學中最大的開放問題。

Penrose在開發此證明時發明了新的數學概念和技術。自從1965年以來，彭羅斯（Penrose）得出的那些方程式就一直被物理學家用來研究黑洞。實際上，僅在幾年後，史蒂芬·霍金與彭羅斯（Penrose）使用相同的數學工具證明了大爆炸宇宙學模型（我們目前關於整個宇宙如何形成的當前最佳模型）在最初就具有奇點。 。這些是著名的彭羅斯-霍金奇異性定理的結果。

數學證明天體物理黑洞可能確實存在於自然界中這一事實正激發了人們尋求使用天文學技術搜索它們的事實。實際上，自從彭羅斯（Penrose）在1960年代的工作以來，已經發現了許多黑洞。

黑洞與明星一起玩溜溜球

剩餘的一半獎金由天文學家萊因哈德·根澤爾（Reinhard Genzel）和安德裡亞·格茲（Andrea Ghez）共同承擔，他們各自領導一個團隊，發現了一個超大質量黑洞，其質量比太陽大400倍，位於我們銀河系的中心。

Genzel是德國馬克斯·普朗克地球物理研究所和加州大學伯克利分校的天體物理學家。Ghez是加利福尼亞大學洛杉磯分校的一名天文學家。

Genzhel和Ghez使用了世界上最大的望遠鏡（凱克天文臺和超大型望遠鏡），研究了位於我們銀河系中心的射手座A *地區的恆星運動。他們倆都獨立地發現，一顆巨大的物質（比我們的太陽大四百萬倍）正在吸引這些恆星，使它們以非常不尋常的方式運動。這被認為是我們銀河系中心黑洞的最有說服力的證據。

這項2020年的諾貝爾獎是緊隨2017年諾貝爾獎之後的，原因是它發現了黑洞的引力波，以及該領域其他近期令人驚嘆的發現，例如Event Horizon Telescope在2019年拍攝的黑洞地平線影像-對全人類，尤其是相對論和萬有引力社區中跟隨阿爾伯特·愛因斯坦本人的足跡的人們，都具有極大的認可和啟發。