腾讯科技为霍金感到遗憾！其论文重要合作伙伴获今年诺贝尔物理奖

腾讯科技文/ 乔辉羽佳
10月6日， 2020年诺贝尔物理学奖授予罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)、赖因哈德·根策尔(Reinhard Genzel)和爱德莉亚·盖兹(Andrea Ghez) ，以表彰前者“发现黑洞形成是广义相对论的一个有力预测”和后两者“发现我们星系中心的超大质量的致密天体” 。

本文插图
罗杰·彭罗斯， 1931年出生于英国科尔切斯特。 1957年毕业于英国剑桥大学。现为英国牛津大学教授。霍金是彭罗斯论文的重要合作伙伴，如果霍金活着，大概率也能拿诺奖。 2015年人类首次探测到黑洞合并发出的引力波。 2019年人类首次拍摄到遥远黑洞的照片，这一切也加速了物理诺奖授予黑洞研究的步伐。

本文插图
【腾讯科技为霍金感到遗憾！其论文重要合作伙伴获今年诺贝尔物理奖】

本文插图
我们先看看今年的诺奖成果，然后再谈一例彭罗斯和霍金合作的重要工作。
黑洞和银河系的至暗秘密
上述三位科学家，对宇宙中最奇异的现象之一，即黑洞，有了新的发现，因此获得今年的奖项。罗杰·彭罗斯的研究表明，广义相对论预测了黑洞的形成。赖因哈德·根策尔和爱德莉亚·盖兹发现，在银河系中心，有一个看不见的、极其重的物体，支配着恒星轨道。而目前，对该物体唯一已知的解释就是超大质量黑洞。
罗杰·彭罗斯使用巧妙的数学方法，证明阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论对应着黑洞。黑洞能捕获附近的所有东西，甚至光也无法逃脱，而爱因斯坦自己并不相信黑洞真的存在。
1965年1月，也就是爱因斯坦去世十年后，罗杰·彭罗斯证明了黑洞确实可以形成，并对黑洞进行了详细描述。在黑洞的核心，隐藏着一个奇点，在那里，一切已知的自然法则都会停止。人们认为，彭罗斯的开创性论文，是自爱因斯坦以来对广义相对论最重要的贡献。

本文插图
赖因哈德·根策尔和爱德莉亚·盖兹，两者各自领导着一组天文学家，从20世纪90年代初开始，就关注银河系中心一处名为人马座A*的区域。他们越来越精确得绘制出最靠近银河系中心的最亮恒星的轨道。这两组研究团队的测量结果一致，都发现了一个非常重的、看不见的物体在吸引着一团恒星，使恒星以极快的速度运行。在一个不比太阳系大的区域里，聚集的物质大约为400万个太阳的质量。
根策尔和盖兹开发出新方法，利用世界上最大的望远镜，透过星际气体和尘埃组成的巨大云团，看到银河系的中心。他们改进了新技术，拓展了技术的极限，以解决地球大气造成的影响。他们还设计独特仪器，并致力于长期研究。他们的工作具有开创性，证明银河系中心存在一个超大质量黑洞，这是迄今为止最令人信服的证据。
“今年获奖者的发现，为致密和超大质量物体的研究开辟出新天地。但关于这些奇异的物体，仍有许多问题等待解答，而这些问题则能激发未来研究的积极性。这些问题既涉及其内部结构，还涉及如何在黑洞附近的极端条件下检验我们的引力理论， ”诺贝尔物理学奖委员会主席大卫·哈维兰(David Haviland)说道。

本文插图
图注：黑洞的横截面视图。当一颗大质量恒星在自己的引力下坍缩时，会形成一个黑洞，这个黑洞非常重，以至于能捕获经过其事件视界的所有东西，甚至连光都无法逃脱。在视界上，时间取代空间，并且只指向前方。时间的流动把一切都带向黑洞内最远的一个奇点，在那里，密度无限，时间终结。光锥显示了光线在时间上的前后路径。当物质坍缩形成黑洞时，穿过黑洞视界的光锥会向内转向，朝向奇点。外部观察者永远不会看到光线到达视界。