研究黑洞獲諾獎：他們發現了宇宙最暗處的秘密 | 新京報專欄

把最重要的物理學獎項頒給這三位科學家，說明黑洞理論正式得到了諾貝爾獎的承認。

圖片來自諾貝爾官方網站。

文 | 施鬱

據新京報報導，當地時間10月6日，瑞典皇家科學院在斯德哥爾摩宣布，將2020年諾貝爾物理學獎的一半授予羅傑·彭羅斯，另一半授予雷因哈德·根澤爾和安德裡亞·格茲，以表彰他們「發現了宇宙中最奇特的現象之一——黑洞」。

羅傑·彭羅斯的獲獎理由是發現黑洞的形成是廣義相對論的有力預測；雷因哈德·根澤爾和安德裡亞·格茲的獲獎理由則是發現了銀河系中心的超大質量緻密天體。這三位科學家分別來自英國、德國和美國。其中，安德裡亞·格茲因為是第四位女性物理諾獎得主而更受到輿論的關注。

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。

今年的諾貝爾物理學獎將獎項頒給這三位科學家，說明黑洞理論正式得到了諾貝爾獎的承認，「這次的諾貝爾獎頒發給宇宙最暗處的秘密」——秘書長宣布他們獲獎時給出了一句恰如其分的點評。

諾獎委員會主席David Haviland說，今年的諾獎得主在緻密天體和超大質量黑洞方面獲得了突破，這方面還有很多驅動未來研究的問題——除了內部結構的問題，還有在黑洞附近的引力理論問題。

1915年12月22日，愛因斯坦寫出廣義相對論方程後不到一個月，就收到在俄國前線擔任炮兵中尉的施瓦西來信，信中有兩篇論文，提出了後來人們稱作黑洞的時空區域。但是他只考慮各向同性引力場（各向同性的意思是各個方向都是等效的）和球體產生的引力場。

雖然施瓦西在廣義相對論剛發表就提出了黑洞，彭羅斯則發現黑洞形成幾乎是廣義相對論中的必然。

1965年，彭羅斯在廣義相對論框架中證明了奇點定理，說明在很寬泛的條件下，只需要物質的能量是非負的，黑洞確實能夠形成，它包圍了一個奇點（密度和時空曲率無窮大的點，物理定律在奇點失效）。諾獎委員會認為，這個工作被認為是愛因斯坦以來廣義相對論最重要的突破。

雷因哈德·根澤爾和安德裡亞·格茲各自領導一個天文學小組，從1990年代開始，用世界上最大的望遠鏡，集中研究我們的銀河系中心區域人馬座（Sgittarius）A*。他們的結果一致表明，在銀河系中心存在看不見的天體，質量高達400萬太陽質量，將附近的星吸引過去。他們的工作是銀河系中心超大質量黑洞的最強證據。

與往年相比，今年的諾貝爾物理學獎有幾個令人驚訝之處。

一是，連續兩年再次頒給了天體物理相關的方向，打破了相鄰年份不頒給同一個領域的潛規則。

二是，諾貝爾物理學獎的風格發生了些許變化，開始將獲獎機會給到更多的理論學者。彭羅斯獲獎是因為證明了一個定理，而不是一個具體的問題，按照諾貝爾物理學獎以往的傳統，原本很難獲獎。

另一半獎金所獎勵的超大質量黑洞是近年來天文學與天體物理的重要成就，也與EHT的黑洞照片有關（那是位於M87星系中心的黑洞），這是觀測方面的成就。這剛好也是EHT下一個觀測目標——銀河系中心人馬座A*。可以估計，EHT的黑洞照片也是促成這次諾獎的因素之一。

探索黑洞，研究黑洞，對於人類了解宇宙有著重要的科學意義。在正式得到諾獎的承認後，可以預料，這將鼓勵人們繼續仰望星空，探究宇宙的奧秘，作為宇宙中時空彎曲最極端的區域，黑洞研究也將得到進一步發展，在未來將得到更多的加冕。

□施鬱（復旦大學物理學系教授）

編輯：陳靜 校對：付春愔

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