諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)首次頒向黑洞！霍金好友加冕，第四位女性獲獎(jiǎng)?wù)哒Q生

白交 2020-10-06 19:47:39 來源：量子位

邊策 楊凈 發(fā)自 凹非寺
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2020年諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)第二日，物理學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)呓視浴?/p>

今年獲獎(jiǎng)的三位物理學(xué)家分別是：英國物理學(xué)家羅杰·彭羅斯（Roger Penrose）、德國天體物理學(xué)家賴因哈德·根策爾（Reinhard Genzel）和美國天文學(xué)家安德烈婭·蓋茲（Andrea Ghez），表彰他們黑洞方面的研究貢獻(xiàn)。

△ 2020年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者（圖片來自：?Nobel Media）

其中，彭羅斯獲獎(jiǎng)原因是發(fā)現(xiàn)黑洞形成是廣義相對(duì)論的有力預(yù)言，他將獲得1000萬瑞典克朗獎(jiǎng)金的一半。

根澤爾和蓋茲獲獎(jiǎng)原因是發(fā)現(xiàn)了銀河系中心的超大質(zhì)量致密天體，兩人將分享另一半獎(jiǎng)金。

研究黑洞形成、發(fā)現(xiàn)超大黑洞

1965年，愛因斯坦去世十年后，羅杰·彭羅斯證明了廣義相對(duì)論導(dǎo)致黑洞的形成，并且能對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。在黑洞的中心隱藏著一個(gè)奇點(diǎn)，所有已知的物理規(guī)律都在其中失效。

自愛因斯坦以來，彭羅斯開創(chuàng)性的文章被視為對(duì)廣義相對(duì)論的最重要貢獻(xiàn)。

廣義相對(duì)論預(yù)言，當(dāng)一顆巨大的恒星在自身引力作用下坍塌時(shí)，它會(huì)形成一個(gè)黑洞，其質(zhì)量如此之大，以至于它捕獲了所有事件視界之內(nèi)的物體，甚至連光都無法逃脫。

在事件視界中，時(shí)間代替了空間，只指向前方。時(shí)間流將所有事物帶向黑洞內(nèi)最遠(yuǎn)的奇點(diǎn)，奇點(diǎn)密度無限，并且時(shí)間在那里結(jié)束。

上圖中的光錐展示光線在時(shí)間上向前和向后的路徑。當(dāng)物質(zhì)坍縮并形成黑洞時(shí)，穿過黑洞事件視界的光錐將向內(nèi)轉(zhuǎn)向奇點(diǎn)。外界觀察者永遠(yuǎn)不會(huì)真正看到光線到達(dá)事件視界，而只是靠近它。

而萊因哈德·根澤爾和安德里亞·格茲各自領(lǐng)導(dǎo)著一組天文學(xué)家，自1990年代初以來，一直專注于銀河系中心一個(gè)名為射手座A*的區(qū)域。

他們觀測(cè)了最接近銀河系中心的最亮恒星軌道，以及根據(jù)軌道數(shù)據(jù)繪制高精度軌跡圖。從測(cè)量結(jié)果中，他們都發(fā)現(xiàn)了一個(gè)銀河系中心存在著一個(gè)非常重且看不見的物體，它拉動(dòng)銀河系恒星繞其以難以置信的高速旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)S2星接近人馬座A*時(shí)，其徑向速度增加，而沿其橢圓軌道離開時(shí)，其徑向速度減小。徑向速度是我們視線中恒星速度的一部分。他們發(fā)現(xiàn)S2最大速度甚至能達(dá)到7000公里每秒。

由此可以預(yù)測(cè)銀河系中心大約有一個(gè)質(zhì)量為太陽400萬倍的致密天體，它是一個(gè)超大質(zhì)量黑洞。

△ 銀河系中心超大質(zhì)量黑洞想象圖（圖片來源：歐洲南方天文臺(tái)）

三位獲獎(jiǎng)人簡介

首先第一位是Roger Penrose，羅杰·彭羅斯，1931年出生于英國科爾切斯特，今年89歲。

他畢業(yè)于倫敦大學(xué)學(xué)院，隨后前往劍橋大學(xué)攻讀博士學(xué)位。目前，他是是英國數(shù)學(xué)物理學(xué)家，牛津大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)院教授。

此外，他還是霍金的合作伙伴，但比霍金大了11歲。

1975年，他與霍金一起被授予倫敦皇家天文學(xué)會(huì)艾丁頓獎(jiǎng)。

1988年，因?yàn)?strong>「彭羅斯–霍金奇點(diǎn)定理」共同獲得了沃爾夫物理學(xué)獎(jiǎng)。

他還與霍金一起合著了一本書《時(shí)空的本質(zhì)》，于1996年發(fā)表。

第二位是Reinhard Genzel，萊因哈德·根澤爾，1952年生于德國巴特洪堡。

他是德國天體物理學(xué)家，還是美國和德國天文和物理學(xué)會(huì)會(huì)員，美國物理學(xué)會(huì)會(huì)員，美國國家科學(xué)院外籍院士。

他曾在弗萊堡大學(xué)攻讀物理學(xué)，在波恩大學(xué)獲得博士學(xué)位，并在馬普所完成了射電天文學(xué)的博士論文。目前是加州大學(xué)伯克利分校教授。

他和他的團(tuán)隊(duì)是第一個(gè)在銀河系追蹤恒星運(yùn)動(dòng)的星團(tuán)的人，并表明它們正在繞著非常大的物體運(yùn)行，可能是黑洞。Genzel還專注于銀河系的形成和演化研究中。

2007年，他獲得了愛因斯坦勛章，第二年，獲得了邵逸夫獎(jiǎng)。

2014年，他獲得了皇家天文學(xué)會(huì)頒發(fā)的赫歇爾獎(jiǎng)?wù)隆?/p>

最后一位是Andrea Ghez，安德里亞·蓋茲，1965年生于美國紐約，今年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的唯一女性獲得者，同時(shí)也是第四位獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的女性。

她是美國天文學(xué)家，加州大學(xué)洛杉磯分校物理學(xué)和天文學(xué)教授，與萊因哈德·根澤爾（Reinhard Genzel）共享了一半的獎(jiǎng)金。

曾經(jīng)，她曾因?yàn)椤溉祟惖顷懺虑颉辜ぐl(fā)了她想要成為女宇航員的想法。十幾歲的時(shí)候，蓋茲就經(jīng)常在深夜望著窗外的天空思考宇宙問題。

不過這個(gè)想法沒有實(shí)現(xiàn)，她倒是從數(shù)學(xué)改修了物理。

在大學(xué)數(shù)學(xué)專業(yè)畢業(yè)后，她又前往麻省理工學(xué)院攻讀物理學(xué)士學(xué)位，隨后在加州理工學(xué)院攻讀博士。

2004年，蓋茲當(dāng)選為美國國家科學(xué)院院士。2008年，她獲得了麥克阿瑟天才獎(jiǎng)。

去年，Ghez當(dāng)選為美國物理學(xué)會(huì)（APS）院士。

值得一提的是，今年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)比預(yù)定時(shí)間晚了十幾分鐘。

官方也給了理由，說是聯(lián)系得獎(jiǎng)?wù)呋ǖ臅r(shí)間要比預(yù)想的多。

嗯，是要比昨天幾位得主要睡的更熟。