諾獎解讀｜黑洞的發現源自好奇心，如今它又在驅使我們走出地球

原標題：2020年諾獎精彩解讀：黑洞的發現源自好奇心，如今它又在驅使我們走出地球

「疫情年的科學力量」線上直播活動對諾獎進行實時解讀

整理 | 湯佩蘭

責編 | 葉水送

2020年諾貝爾物理學獎授予了英國數學物理學家彭羅斯（Roger Penrose），以及德國天文學家根澤爾（Reinhard Genzel）和美國天文學家蓋茲（Andrea Ghez），表彰他們關於黑洞的發現。

10月6日晚，《知識分子》聯合騰訊新聞對諾貝爾物理學獎進行直播和解讀。北京大學物理學院彭良友教授、中國工程物理研究院儲祥薔研究員、中國科學技術大學徐飛虎教授就諾貝爾物理學獎的變遷、為何諾獎出乎意料地連續頒給同一領域等話題進行解讀。

主持人：歡迎大家收看由看看新聞、騰訊新聞以及知識分子聯合推出的「疫情年的科學力量」，2020年諾貝爾獎特別報導系列直播。縱觀整個諾貝爾物理學獎，它一共頒布了113次，是三個科學獎中頒發次數最多的一個獎項，共有213人獲獎。單就結果來看，美國第一，然後是英國。剛才收看的短片按照時間的順序看各國的諾貝爾物理學獎得主的一個分布情況。三位嘉賓讀出了什麼？

彭良友：上個世紀中葉以前，基礎物理的科學中心在歐洲，實際上當時具有很大的群聚現象，群聚現象可以從兩個方面講：第一，從領域來看，在世紀之交量子力學的發展，包括後來量子場論、粒子物理，還有原子核物理、原子物理，裡面群聚了很多諾獎，比如第一個發現X射線的倫琴，在X射線基礎上，電子、分子甚至生物的病菌、病毒、DNA等，得諾獎可能多達20多位學者；第二，有些實驗室群聚效應非常明顯，英國劍橋大學的卡文迪學實驗室，到目前產生了近30位諾獎獲得者，另外是美國的貝爾實驗室，英國多數獲獎者是在上世紀30、50年代。1950年之後，美國迅速就趕到第一了，地位不可撼動。實際上是因為美國對基礎科學的投入，上世紀50年代美國成立了國家自然科學基金，大規模投入基礎物理的研究，吸引了世界各地的人才來建實驗室，這些對它的基礎研究推動非常大。

儲祥薔：上世紀初葉，量子力學發展非常迅猛，然後核物理，很多諾貝爾物理學獎都是集中在核物理上，如發現各種基本粒子，各种放射性的發現，奠定了核物理學的基礎，所以50年代之前很多諾貝爾獎都是核物理。但50年代之後進入了兩極分化，要麼是與應用相關的，比如說我們熟悉的像LED，要麼偏向陽春白雪、高精尖，一般人無法理解的那些，有一點兩極分化。

徐飛虎：剛才的短片，我印象最深的，其實是整個諾獎隨著國家的變化，也反映了一個國家的發達程度。一開始德國，後面英國發達了，再後面美國，到近代日本也趕上來了。其側面可以反映出國家發達（的程度）。國家發達了，有經費去支持相關的基礎研究以及相關的應用研究，那麼必然會誕生出很多原創性的成果。我覺得中國目前屬於在初期，在物理學領域也有越來越多的投入，我相信未來幾十年，中國會隨著科研投入的提升，也會慢慢趕上來。

黑洞的發現完全是好奇心的驅使

主持人：提到華裔科學家，我們發現有半數以上是在物理學領域，比如說楊振寧先生，我記得之前聽過這樣一句話：楊振寧先生所做的發現和科學貢獻對很多物理學家影響不一樣。這句話我覺得很有意思，我們該怎麼理解？

徐飛虎：楊先生確實是一位大家，在各個物理學領域都做出了開創性的貢獻，所以你剛才那句話非常正確。2012年，楊振寧先生90歲生日，收到一個清華大學的一個禮物，是一個黑色的立方體，這上面就刻了楊先生13個最重要的科學成果，包括年份。

其中一個是大家不太熟悉的、比較高深的楊——米爾斯方程。我是做雷射跟原子、分子相關作用的研究。自然界現在有四種基本相互作用：電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用以及大尺度的引力相互作用。楊——米爾斯方程這個發現最早於1953年左右提出來，當時沒有引起太大的重視，這是因為當時理論要求所有的粒子質量是0，但60年代、70年代大家提出了一個「自發對稱性破缺」的概念，這個概念2008年獲得了諾貝爾獎。之後經過很多物理學家的努力，在楊——米爾斯方程的基礎上建立了現在所說的標準模型。怎麼理解這個標準模型？剛才我說了自然界存在四種相關作用力，其中有三種都可以統一在楊先生這個方程之下。所以有人就認為楊先生的楊——米爾斯方程主導了20世紀50年代以後非常基礎的物理學研究，這個一點都不過分，確實是非常非常偉大的發現。

另外，大家所說的楊先生做出的貢獻就是諾貝爾獎工作，1957年獲得了諾貝爾獎，他可以說創造了獲得諾獎的最快（紀錄）。他是在1956年10月1日國慶期間發表出來的，1957年2月份被吳健雄的實驗證實了，弱相互作用中宇稱不守恆，緊接著1957年10月份就獲得諾貝爾獎，不到一年的時間就獲得諾貝爾獎。這是我所知的最短時間就得到諾獎承認的成果。在其他方面楊先生也做了很多貢獻。

儲祥薔：我先引用一下中物院研究生院院長孫昌璞院士，他曾經是楊振寧先生的博後，所以我也問過他對楊振寧先生的評價。他說楊振寧先生是現在還活著的最偉大的理論物理學家，沒有之一。正如彭老師所說，其實他的工作有很多諾獎級的工作，可以得不止一次諾獎，但是因為諾獎從來不給理論物理學家兩次，包括愛因斯坦都沒有得過兩次，所以他只得了一次，但是他的很多工作真的是非常重要。

徐飛虎：我非常同意剛才彭老師和儲老師對楊先生貢獻的評價。確實，楊先生在物理學方面有一個非常卓越的貢獻。我這裡只想補充一點，楊先生不僅在科學方面有巨大的貢獻，其實他對中國整個物理學的發展也有一個非常卓越的貢獻。2017年，我有幸去清華大學參加全球華人物理與天文學會組織的一個年會，楊先生也在大會上做了主題報告。他先講了自己早期的研究，後面講到他回國以後，他勸說了很多知名的華人物理學家回到中國來工作。當初聽到這塊內容，我印象非常深刻。因為我發現這些科學家都是現在中國物理學界各個領域的中流砥柱。這些科學家對中國物理學做出了巨大的貢獻。同時，楊先生在早期也倡導，比如說在中科大創建「少年班」，在清華大學創建高等研究院。我相信這些教育機構不僅對中國物理學的發展，尤其對中國整個科學和教育的發展有著深遠的影響。

主持人：說到疫情年的科學力量，我們應用到了醫療領域的有X光、核磁共振等，各位專家怎麼看待物理領域的科學發現應用於醫療領域？

儲祥薔：諾獎醫學相關的領域特別多，首先是影像方面X射線還有CT，這些都是諾獎級別的工作。剛才彭老師也說了，核磁共振成像也是。2017年得獎的是冷凍電鏡工作。

我是核技術專業，核技術的應用在醫學方面，除了影像，放療方面也是一個非常重大的應用，放射線本來就是諾獎級別的工作，當年居裡夫人和貝克勒爾發現了放射線，1903年得的諾貝爾獎。後來居裡夫人又得了諾貝爾獎化學獎，因為發現的釙和鐳，其實居裡夫人後來就一直在致力於用放射線來治療各種病症，所以核醫學也是居裡夫人發展起來的。像盧瑟福也是在放射性方面做出了很大的貢獻，但給的是諾貝爾化學獎，所以他非常鬱悶這件事，他應該得物理學獎。

說到普通放療就是用X射線，用光子來治療腫瘤，它的一個缺點是無差別的治療，不管是癌症細胞還是正常的細胞都會無差別殺傷，所以副作用非常大。現在最新的科技叫做精準放療，精準放療的意思是只殺傷癌細胞，而不傷害旁邊的正常的細胞。現在比較成熟的技術是質子重離子治療。

徐飛虎：疫情年，我覺得印象最深的就是感受到信息化社會的偉大。我們的手機電腦，這裡面晶片的構成就是電晶體效應，發明人是約翰·巴丁。他不僅在1956年獲得了諾貝爾獎，1972年也因為超導的BCS理論獲得了諾貝爾獎，他是目前歷史上唯一一位兩次獲得諾貝爾物理獎的科學家。

可以說電晶體基本上改變了我們的生活，把我們帶入了信息社會。如果沒有電晶體，我們就沒有電腦也沒有手機。另外，巴丁的超導BCS理論聽著很拗口，很高深，其實我們目前接觸到的磁懸浮列車用的就是這樣的一個理論。

主持人：為什麼連續兩年天體物理學會獲得諾獎，這是史無前例的。是不是意味著我們跟宇宙之間的關係和過去我們所理解的不太一樣了呢？

彭良友：是的。之前說具有什麼特性才能把科學研究做好，這就是好奇心。實際上好奇心一直驅使你去做。今年黑洞領域的三位專家獲獎，其中一位獲獎者彭羅斯是霍金很好的搭檔。今年的三位獲獎者發明了很高深的數學，完全enjoy這個數學，然後真的闡明了黑洞怎麼形成，這完全是好奇心的驅使。

人類一直在好奇有沒有地外生命，包括馬斯克要移民火星，所以人類探索宇宙的好奇心一直驅使我們向前走，也創造了紀錄。四年間，有三年頒給了天體物理方面，這確實令我們感到很意外。

註：本文未經過專家審核，略有刪減。