2020年諾貝爾物理學獎揭曉，解讀「黑洞」起源！

北京時間10月6日18點左右，2020年諾貝爾物理學獎揭曉！今年的諾貝爾物理學獎一半頒給英國數學物理學家羅傑·彭羅斯（Roger Penrose），一半由德國天體物理學家萊因哈德·根澤爾（Reinhard Genzel）和美國天文學家安德裡亞·格茲（Andrea Ghez）共同獲得，以表彰 Roger Penrose 在發現黑洞形成是廣義相對論的可靠預測方面做出的貢獻，以及 Reinhard Genzel 和 Andrea Ghez 在銀河系中心發現了一個超大質量緻密物體（黑洞）的貢獻。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）。

黑洞是現代廣義相對論預言的一種天體。黑洞的引力很大，使得視界內的逃逸速度大於光速。換句話說，黑洞是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體。

1916年，德國天文學家卡爾·史瓦西通過計算得到了愛因斯坦引力場方程的一個真空解，這個解表明，如果將大量物質集中於空間一點，其周圍會產生奇異的現象，即在質點周圍存在一個界面——「視界」一旦進入這個界面，即使光也無法逃脫。

1968年，美國天體物理學家約翰·惠勒首次提出「黑洞」一詞。

黑洞 M87 (圖片來源: Event Horizon Telescope Collaboration)

2019年4月10日21時，人類首張黑洞照片面世，該黑洞位於室女座一個巨橢圓星系M87的中心，它的核心區域存在一個陰影，周圍環繞一個新月狀光環。

黑洞是如何誕生的？

依據阿爾伯特·愛因斯坦的相對論，當一顆垂死恆星崩潰，核心在自身重力的作用下迅速地收縮它將聚集成一點，最終形成黑洞。也就是說，現代物理學認為黑洞是衰老恆星坍縮產生的。

來自英國皇家天文學會的羅伯特·馬西博士說，一些研究結果顯示，銀河系在黑洞周圍形成，就像珍珠在砂石周圍形成一樣。他說：「黑洞把物質拉在一起，第一代的恆星和銀河系可能就是這樣出現的。」

很顯然，關於「黑洞起源」天文研究結果與物理理論推測之間存在很大的分歧。

注釋：現代物理學理論認為，黑洞是衰老恆星坍縮形成的。因此，黑洞產生於宇宙後期（晚於恆星形成）。然而，天文學研究顯示，黑洞對星系的形成具有重大影響，黑洞產生於宇宙早期（早於恆星誕生）。

假設黑洞誕生於宇宙早期，那麼，「黑洞起源」是如何發生的？

根據相對論的「光速不變」原理，物體的質量將隨著速度的增大而增大，當物體的速度接近光速時，它的質量將趨於無窮大。

暴脹理論指出，早期宇宙的空間以指數倍的形式膨脹。這種快速膨脹意味著宇宙在一段時間裡，是以非常大的增長速率膨脹，其速度遠大於光速。

假若宇宙早期誕生出某些「有質量」的物質，當「暴脹」發生時，它會以超光速運動，質量趨於無窮大，形成「早期黑洞」。當「暴脹」結束後，它們均勻分布在宇宙空間裡，為後期星系以及星體的誕生奠定基礎。

注釋：「有質量」的物質超光速運動，瞬間質量趨於無窮大，吸引了大量的周圍物質形成早期黑洞。隨著暴脹的結束，早期黑洞被均勻分布在宇宙空間，強大引力吸引周圍物質合成早期星系。

結語：今年諾貝爾物理學獎再次頒給了天體物理學黑洞研究，說明科學家已經完全肯定了黑洞的存在，未來對黑洞的研究會更加深入。