科学|霍金好友获诺贝尔物理学奖，曾一起研究黑洞，为什么霍金没获奖？史蒂芬·霍金|黑洞

文章图片
2020年的诺贝尔物理学奖已经正式公布，获得此次殊荣的是英国数学物理学家的罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）、德国天体物理学家莱因哈德·根泽尔(Reinhard Genzel)和美国天文学家安德烈娅·米娅·盖兹（Andrea Mia Ghez），他们对黑洞的研究做出了突出贡献。
值得注意的是，连续两年的物理学奖颁给了宇宙学或者天体物理学领域。如果再加上2017年的引力波，这是诺奖四年来第三次颁给宇宙学。
彭罗斯

文章图片
彭罗斯通过严谨的数学逻辑证明，爱因斯坦的广义相对论能够有力地预测黑洞的形成。黑洞可谓是宇宙中最为奇特的天体之一，由于巨大的引力作用，任何力量都无法对抗，黑洞前身天体的物质全部坍缩到中心的奇点，并在其周围形成一个封闭的空间，能够把光也束缚在其中。
对于黑洞这样反直觉的天体，就连爱因斯坦都觉得宇宙中不可能存在。不过，彭罗斯却严格地证明，广义相对论确实预言了黑洞的存在。而在2019年，天文学家终于第一次直接捕获了黑洞的照片，黑洞的存在被直接证明。正因为彭罗斯的突出贡献，他获得了今年的诺奖。

文章图片
说到彭罗斯，大家可能会想到一位已故的著名物理学家——霍金。他们两位是多年的好友，并且还一起合作研究过黑洞。
既然彭罗斯都获奖了，为什么霍金却没有呢？
霍金和彭罗斯合作证明了奇点定理，但这并不是诺奖级的成就，而且有关奇点的理论最初是由彭罗斯提出的。彭罗斯在这方面的研究具有开创性，他获奖是实至名归。

文章图片
霍金的更重要成就是提出霍金辐射。真空的随机量子涨落会产生虚粒子对，如果这一过程发生在黑洞的事件视界边缘，那么，反虚粒子会掉进黑洞中，而正虚粒子会获得质量成为实粒子，逃离到远方，导致黑洞质量下降，这就是霍金辐射。
然而，霍金辐射极其微弱，黑洞需要千万亿年的时间才能蒸发殆尽，导致这种效应至今还没有探测到，所以霍金没能获得诺奖。更重要的是，诺奖不会颁发给已故的人，即便未来霍金辐射被发现，已经离世的霍金也不会因此而获奖。
根泽尔和盖兹

文章图片
这两位物理学家的获奖的理由也与黑洞有关，他们发现了潜伏在银河系中心的一个质量超大的致密天体——人马座A* ，距离太阳系2.6万光年，这被认为是银心中的超大质量黑洞。
在去年直接发现黑洞之后，天文学家对于黑洞的研究都是基于间接方法。虽然黑洞本身不会发光，但它们的极端引力会影响到周围天体的运动，通过观测这些天体，就能知道黑洞的存在，并且还能了解黑洞的质量等物理特征。

文章图片
根泽尔和盖兹（女，第四位获诺奖的女物理学家）的两个研究团队对银心的恒星运动轨道进行了长年追踪，结果发现一些特殊的恒星绕着一个不可见的致密天体在运动，其质量估计可达太阳的430万倍，地球的1.4万亿倍。
根泽尔团队观测到，一颗编号为S2的恒星在2018年运行到近心点，距离中心仅120天文单位，其轨道速度高达7650公里/秒，相当于光速的2.6% 。种种迹象表明，人马座A*是一个超大质量黑洞。

文章图片
事件视界望远镜（EHT）最先公布的黑洞照片来自于M87星系中心的超大质量黑洞，距离我们5350万光年。事实上， EHT也已经捕捉了人马座A* ，未来几年应该就会公布，届时将会直接证明银心超大质量黑洞的存在。