银河系最黑暗的秘密是什么？今年诺贝尔物理学奖得主带你了解

诺贝尔物理学委员会主席戴维·哈维兰德（David Haviland）在授予1000万瑞典克朗奖金时对3位科学家给予高度评价，“2020年诺贝尔物理学奖颁给了宇宙中最奇特的现象之一”。

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新京报记者 钱雅卓

▲诺贝尔物理学奖揭晓：共3位获奖者 诞生史上第4位女性诺贝尔物理学奖得主。新京报我们视频出品（ID：wevideo）

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（Roger Penrose），另一半授予莱因哈德·根泽尔（Reinhard Genzel）和安德里亚·格兹（Andrea Ghez），以表彰他们发现了宇宙中最奇特的现象之一——黑洞，3位科学家将分享1000万瑞典克朗的奖金（约合人民币760万元）。

 

▲获奖的3位科学家。诺贝尔网站截图

 

数百年来，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。

 

 

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3位科学家因何而获奖？

 

当地时间10月6日，瑞典皇家科学院常任秘书戈兰·汉松宣布，罗杰·彭罗斯、莱因哈德·根泽尔和安德里亚·格兹3位科学家是2020年诺贝尔物理学奖获奖者，因为他们揭露了“黑洞和银河系最黑暗的秘密”。

 

▲瑞典皇家科学院常任秘书戈兰·汉松宣布获奖人选。诺贝尔网站视频截图

 

诺贝尔物理学委员会成员乌尔夫·丹尼尔森（Ulf Danielsson）表示，“人类对黑洞探究的历史可以追溯到18世纪末，通过著名物理学家阿尔伯特·爱因斯坦提出的广义相对论，我们第一次有了能够描述出这些物体的工具”。

 

但是由于这些知识难以理解，许多研究人员认为，黑洞仅仅是存在于纸上的理论研究。然而，2020年诺贝尔物理学奖获得者彭罗斯证明了黑洞确实存在于现实世界中。

 

根据诺贝尔网站消息，彭罗斯运用了巧妙的数学方法，证明黑洞是爱因斯坦提出的广义相对论的直接结果。

 

爱因斯坦认为，黑洞并不是实际存在的。这种超大质量的物体会捕获所有进入它们的物体，甚至没有光可以从黑洞中溢出。在爱因斯坦去世十年后，即1965年，彭罗斯证明了黑洞确实可以形成，他还对黑洞进行了详尽的描述。

 

根据彭罗斯的研究，黑洞的核心隐藏着一个奇点（singularity），在这个奇点中，所有已知的自然规律都会消失。诺贝尔奖委员会认为，彭罗斯这项开创性地研究是自爱因斯坦之后对广义相对论做出的最重要的贡献。

 

2020年诺贝尔物理学奖的另两名获奖者，根泽尔与格兹提供了迄今为止证明黑洞存在的最令人信服的证据。

 

▲150秒了解史上第4位诺贝尔物理学奖女得主：想成为宇航员的“黑洞猎人”。新京报我们视频出品（ID：wevideo）

上世纪90年代起，根泽尔与格兹二人专注于研究银河系中心的区域。他们通过研究发现，银河系中心存在一个超大质量且看不见的物体，这个物体大约有4百万个太阳那么大，而且能够扰乱恒星。

 

随后，根泽尔和格兹利用世界上最大的望远镜，开发出了一种测量方法，可以穿透星际气体和尘埃组成的巨大云团看到银河系的中心。他们不仅拓展了技术极限，还制造出独特的仪器以致力于长期研究。根泽尔和格兹开创性的工作提供了最能够令人信服的证据，表明银河系中心有一个超大质量的黑洞。

 

 

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获奖者究竟是谁？

 

根据诺贝尔网站消息，彭罗斯于1931年出生在英国，现为牛津大学教授。彭罗斯曾以“奇点理论”等相关研究与著名物理学家史蒂芬·霍金创立了现代宇宙论的数学结构理论，二人还曾共同荣获沃尔夫物理学奖。沃尔夫物理学奖被认为是除诺贝尔物理学奖外，物理学界最重要的奖项之一。

 

莱因哈德·根泽尔，1952年出生于德国，现任美国加州大学伯克利分校教授。另一位获奖者安德里亚·格兹出生于1956年，目前就职于加州大学洛杉矶分校。诺贝尔网站介绍称，格兹是百年来第4位荣获诺贝尔物理学奖的女性。

▲获奖的3位科学家。诺贝尔网站截图

 

奖项公布后，诺贝尔奖委员会还特别连线了格兹。在被问及得知获奖后的心情时，格兹表示，“我非常震惊，但也很兴奋。发现银河系中的黑洞对人类探索宇宙来说至关重要，这可以拓展我们对宇宙的认知”。

 

格兹还在通话中强调，作为一名女性科学家，她希望自己获得诺贝尔奖的消息，可以激励其他女性在这一领域继续努力。

 

 

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各方对此有何评价？

 

当地时间10月6日，诺贝尔物理学委员会主席戴维·哈维兰德（David Haviland）在授予1000万瑞典克朗奖金时对3位科学家给予高度评价，“2020年诺贝尔物理学奖颁给了宇宙中最奇特的现象之一”。

 

哈维兰德还表示，“3位科学家的研究开辟了新领域，但这些奇特的物体仍然留下了许多疑问。为了寻求答案，我们需要进行更多的研究，不仅关于它们内部结构的问题，还关于如何在黑洞的极端条件下测试我们的引力理论的问题”。

▲黑洞动漫。诺贝尔网站截图

 

中国天文学会会员、《天文爱好者杂志》副编审李良在接受新京报记者采访时表示，黑洞是爱因斯坦广义相对论中预言的天体，由于黑洞的引力十分强大，就连速度最快的光进入黑洞之中都会被吸收，所以根据光学研究，黑洞是不存在的。许多研究人员也认为，黑洞仅仅是一种“跃然纸上”的天体。但是，彭罗斯的研究证明了黑洞的存在，这是具有开创性的。

 

李良指出，黑洞导致银河系中几千亿颗恒星围绕着银河系的中心而存在，从而形成一个星系。根泽尔与格兹二人的研究提供了最能够令人信服的证据，表明银河系中心有一个超大质量的黑洞。

 

数百年来，人们一直在努力研究黑洞。对于黑洞为何如此重要的原因，李良表示，人们希望通过研究黑洞，而更多的了解宇宙起源和演化。当我们生活在地球上，与其他人共同仰望着同一片星空时，我们便对宇宙有了更多的遐想。2020年诺贝尔物理学奖获奖者为人类对天体物理的研究开辟了新领域，算得上“实至名归”。

 

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数字中的诺贝尔物理学奖

 

113次

 

自1901年至今，诺贝尔物理学奖共颁发过113次，期间有6个年份没有颁发过诺贝尔物理学奖，分别是1916年、1931年、1934年、1940年、1941年和1942年。

 

为什么这6年没有如期颁发诺贝尔物理学奖呢？根据诺贝尔网站信息，诺贝尔基金会的章程规定，如果提名人在某一领域的贡献没有达到获奖要求，那么奖金需要被保留至下一年。如果第二年仍未出现合适的获奖人选，奖金便会加入基金会的初始资金中。在第一次世界大战和第二次世界大战期间，诺贝尔奖颁发的数量有所减少。

213人次

 

1901年首次颁奖以来，诺贝尔物理学奖总计发放213人次。由于美国物理学家约翰巴丁因晶体管效应和超导的BCS理论在1956年、1972年获得过两次诺贝尔物理学奖，因此实际获奖人数为212人。

 

6名华裔科学家

 

数百年中，诺贝尔物理学奖是华裔科学家拿奖最多的奖项。迄今为止，共有6位华裔科学家获此殊荣，他们分别是李政道、杨振宁、丁肇中、朱棣文、崔琦和高琨。

 

 

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诺贝尔物理学奖近五年得主

 

2019年，诺贝尔物理学奖授予了3位科学家。其中，美国普林斯顿大学教授吉姆·皮布尔斯独享一半奖金，以表彰他“在宇宙物理学的理论发现”；瑞士日内瓦大学教授米歇尔·麦耶和迪迪埃·奎洛兹因“发现了一颗围绕太阳型恒星运行的外行星”，而共享另一半奖金。

2018年，美国科学家亚瑟阿斯金、法国科学家杰哈莫罗和加拿大科学家唐娜斯特里克兰获奖，理由是“在激光物理领域的突破性发明”。

 

2017年，3位美国科学家雷纳韦斯、基普索恩和巴里巴里什因凭借“在LIGO探测器和引力波观测方面的决定性贡献”而获奖。

 

2016年，3位科学家大卫索利斯、邓肯霍尔丹、迈克尔科斯特利茨，凭借在物质的拓扑相变和拓扑相方面的理论发现获奖。这三名科学家均在英国出生，获奖时均在美国的大学从事研究工作。

 

2015年，日本科学家梶田隆章与加拿大科学家阿瑟麦克唐纳获奖，理由是“发现中微子振荡现象，该发现表明中微子拥有质量”。

值班编辑 吾彦祖 花木南

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