|研究黑洞获诺奖：他们发现了宇宙最暗处的秘密

把最重要的物理学奖项颁给这三位科学家，说明黑洞理论正式得到了诺贝尔奖的承认。

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图片来自诺贝尔官方网站。
文 | 施郁
据***报道，当地时间10月6日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2020年诺贝尔物理学奖的一半授予罗杰·彭罗斯，另一半授予雷因哈德·根泽尔和安德里亚·格兹，以表彰他们“发现了宇宙中最奇特的现象之一——黑洞” 。
罗杰·彭罗斯的获奖理由是发现黑洞的形成是广义相对论的有力预测；雷因哈德·根泽尔和安德里亚·格兹的获奖理由则是发现了银河系中心的超大质量致密天体。这三位科学家分别来自英国、德国和美国。其中，安德里亚·格兹因为是第四位女性物理诺奖得主而更受到舆论的关注。
数百年前，物理学被认为是最重要的学科。诺贝尔在要求设立五大奖项的遗嘱中，物理学是最先被提及的领域。
今年的诺贝尔物理学奖将奖项颁给这三位科学家，说明黑洞理论正式得到了诺贝尔奖的承认， “这次的诺贝尔奖颁发给宇宙最暗处的秘密”——秘书长宣布他们获奖时给出了一句恰如其分的点评。
诺奖委员会主席David Haviland说，今年的诺奖得主在致密天体和超大质量黑洞方面获得了突破，这方面还有很多驱动未来研究的问题——除了内部结构的问题，还有在黑洞附近的引力理论问题。
1915年12月22日，爱因斯坦写出广义相对论方程后不到一个月，就收到在俄国前线担任炮兵中尉的施瓦西来信，信中有两篇论文，提出了后来人们称作黑洞的时空区域。但是他只考虑各向同性引力场（各向同性的意思是各个方向都是等效的）和球体产生的引力场。
虽然施瓦西在广义相对论刚发表就提出了黑洞，彭罗斯则发现黑洞形成几乎是广义相对论中的必然。
1965年，彭罗斯在广义相对论框架中证明了奇点定理，说明在很宽泛的条件下，只需要物质的能量是非负的，黑洞确实能够形成，它包围了一个奇点（密度和时空曲率无穷大的点，物理定律在奇点失效）。诺奖委员会认为，这个工作被认为是爱因斯坦以来广义相对论最重要的突破。
雷因哈德·根泽尔和安德里亚·格兹各自领导一个天文学小组，从1990年代开始，用世界上最大的望远镜，集中研究我们的银河系中心区域人马座（Sgittarius）A* 。他们的结果一致表明，在银河系中心存在看不见的天体，质量高达400万太阳质量，将附近的星吸引过去。他们的工作是银河系中心超大质量黑洞的最强证据。
与往年相比，今年的诺贝尔物理学奖有几个令人惊讶之处。
一是，连续两年再次颁给了天体物理相关的方向，打破了相邻年份不颁给同一个领域的潜规则。
二是，诺贝尔物理学奖的风格发生了些许变化，开始将获奖机会给到更多的理论学者。彭罗斯获奖是因为证明了一个定理，而不是一个具体的问题，按照诺贝尔物理学奖以往的传统，原本很难获奖。
另一半奖金所奖励的超大质量黑洞是近年来天文学与天体物理的重要成就，也与EHT的黑洞照片有关（那是位于M87星系中心的黑洞），这是观测方面的成就。这刚好也是EHT下一个观测目标——银河系中心人马座A* 。可以估计， EHT的黑洞照片也是促成这次诺奖的因素之一。
探索黑洞，研究黑洞，对于人类了解宇宙有着重要的科学意义。在正式得到诺奖的承认后，可以预料，这将鼓励人们继续仰望星空，探究宇宙的奥秘，作为宇宙中时空弯曲最极端的区域，黑洞研究也将得到进一步发展，在未来将得到更多的加冕。
□施郁（复旦大学物理学系教授）
编辑：陈静校对：付春愔
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