诺贝尔物理学奖颁给了霍金的战友们!黑洞“吸纳”全部奖金

发布: | 发布时间:2020-10-6,星期二 | 阅读:18

由于联系获奖者而临时推迟了15分钟,北京时间 10 月 6 日下午 6 点左右,2020 诺贝尔物理学奖评选结果揭晓——诺贝尔委员会宣布,2020年诺贝尔物理学奖被分成两部分,一部分授予罗杰 · 彭罗斯( Roger Penrose),他发现黑洞的形成是广义相对论强有力的预测结果,另一部分授予莱因哈特 · 根泽尔 (Reinhard Genzel)和 安德里亚·格兹(Andrea Ghez ),他们发现了银河系中心的一个超大质量的紧密天体。

三位诺贝尔物理学奖得主因为他们对宇宙中最奇异的现象之一——黑洞的发现而分享了今年的诺贝尔物理学奖。Roger Penrose 证明了广义相对论星云导致了黑洞的形成。Reinhard Genzel 和 Andrea Ghez 发现,一个不可见且极其重的物体控制着银河系中心恒星的运行轨道。超重黑洞是目前唯一已知的解释。

Roger Penrose 用巧妙的数学方法证明了黑洞是爱因斯坦广义相对论的直接结果。爱因斯坦自己并不相信黑洞真的存在,这些超重量级怪物捕获了进入它们的一切。任何东西都逃不掉,连光都逃不掉。

1965年1月,也就是爱因斯坦去世10年后,Penrose证明了黑洞确实可以形成,并详细描述了它们:在黑洞的核心,隐藏着一个奇点,在这个奇点中,所有已知的自然法则都停止了。他那篇具有开创性的文章仍然被认为是继爱因斯坦之后对广义相对论最重要的贡献。

Reinhard Genzel 和 Andrea Ghez 各自领导着一个天文学家小组,从20世纪90年代早期开始,他们的研究重点是银河系中心一个叫做人马座A* 的区域。在他们的努力下,最靠近银河系中心的最亮恒星的轨道已经以越来越高的精度被绘制出来。这两个小组的测量结果一致,都发现了一个非常重的、看不见的物体,它牵引着混乱的恒星,使它们以令人眩晕的速度奔跑。大约400万个太阳质量聚集在一个不比我们太阳系大的区域里。

“今年获奖者的发现在研究致密和超大质量天体方面开辟了新的领域。但是,这些奇异的物体仍然提出了许多问题,这些问题需要得到答案,并促进未来的研究。”诺贝尔物理学奖委员会 (Nobel Committee for Physics) 主席戴维•哈维兰 (David Haviland) 表示: “这些问题不仅包括它们的内部结构,还包括如何在黑洞附近的极端条件下验证我们的引力理论。“

Roger Penrose

罗杰·彭罗斯是英国数学物理学家、科学哲学家。他是牛津大学数学荣誉退休教授,牛津沃德姆学院荣誉研究员,剑桥圣约翰学院荣誉研究员。彭罗斯对广义相对论和宇宙学的数学物理学做出了贡献。他获得过几个奖项,包括1988年的沃尔夫物理学奖,这是他与斯蒂芬 · 霍金共同获得的彭罗斯-霍金奇点理论。

图 | 罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)照片,右一为彭罗斯,左一为霍金。

彭罗斯和霍金还有深厚的研究友谊。为了理解量子引力,彭罗斯在 20 世纪 60 年代提出了一个激进的想法。在彭罗斯的扭量理论中,几何中的点被扭量所取代,其实体类似于一种可拉伸的线。在这个扭量空间内,彭罗斯发现了一种可以高效描述以光速行进的场(如电磁场和引力场)的方法。但现实空间包括多种类型的不同的场,任何理论都需要够解释不同场之间的相互作用,例如电荷间的电荷力,或是在更复杂的广义相对论中由于场本身的能量所产生的引力。然而,包括广义相对论在这张照片中的相互作用已被证明是一项艰巨的任务。

霍金在掌握了彭罗斯的理论后,在1974年利用量子理论宣布黑洞应该散发热量并最终消失。对于正常的黑洞来说,这并不是一个快速的过程,比宇宙的时代要长得多,太阳质量蒸发的黑洞。但在生命的尽头,迷你黑洞以惊人的速度释放热量,最终以百万吨级氢弹的能量爆炸。霍金指出,宇宙中的微型黑洞,每个重达10亿吨,但不超过质子。此外,霍金还提出了对黑洞本质的一系列见解,以及我们所在的宇宙源于“大爆炸”后扩张过程的这一新论点。这一新颖的论点由霍金与另一位 Dennis 的学生乔治·埃利斯共同完成的,他们一起撰写了名为“时空的宏观结构《The Large-Scale Structure of Space-Time》的论文。

霍金在世的时候,针对“霍金是爱因斯坦之后最伟大的理论物理学家”的言论,就已经有人评价,即使是在剑桥,霍金也不是最伟大的,因为其搭档罗杰·彭罗斯就比他贡献大。现在,诺奖为这一评价做了最好的注脚。

Reinhard Genzel

莱因哈德·根泽尔研究红外和亚毫米级天文学,他和他的团队积极开发用于天文学研究的一线地面和空基仪器。他和他的小组第一个在银河系中心追踪恒星运动的星团(人马座A*),并表明它们正在绕着非常大的物体运行,可能是黑洞。Genzel 还活跃在关于银河系的形成和演化的研究中。

2018 年 7 月,Reinhard Genzel 等人报告,S2(恒星)轨道人马座A* 的记录速度为 7650km/s(光速的 2.55%),导致 2018 年 5 月以约 120AU 的速度进入拱点 ≈ 人马座A* 的 1400 史瓦西半径。这使他们能够从相对论速度的可辨别红移中确认了广义相对论。

Genzel出生于德国,先后在弗莱堡大学和波恩大学研究物理学,并于1978年在波恩大学获得博士学位,同年于马普-射电天文学所通过了有关“宇宙射线”研究的博士答辩。

之后,Genzel博士远赴美国“哈佛-史密松森天体物理中心”研究天体物理,并于1980-1982年期间获得Miller Fellow称号。1981年,Genzel博士任教于加州大学伯克利分校。1986年,Genzel博士返回德国,成为马普所的科学研究团队的一员,并担任马普-宇宙物理研究所主任。1988年,他成为荣誉客座教授并任教于德国慕尼黑大学。1999年开始,他成为加州大学伯克利分校的客座教授。

Andrea Ghez.

安德里亚·格兹(Andrea Ghez)是美国天文学家,也是加州大学洛杉矶分校物理与天文学系的教授。2004年,《发现》杂志将盖兹(Ghez)列为美国20大科学家之一,这些科学家在各自领域表现出很高的理解力。2020年,她与莱因哈德·根泽尔(Reinhard Genzel)一起获得了诺贝尔物理学奖的一半,因为她在银河系中心发现了一个超大质量的黑洞。

1965年6月16日,格兹出生于美国纽约市,她从大学毕业时就读数学专业,但后来改为物理。她在1987年从麻省理工学院获得物理学士学位,1992年在加州理工学院由格里·纽格鲍尔(Gerry Neugebauer)指导获得博士学位。

2004年,格兹当选为美国国家科学院院士,2019年,当选为美国物理学会(APS)院士。

她目前的研究涉及到使用高空间分辨率成像技术,如自适应光学在系统凯克望远镜,以研究恒星形成区和黑洞在中心银河称为人马座A *。通过在红外波长对银河系中心成像,盖兹和她的同事们能够窥视阻挡可见光的重尘,并产生银河系中心的图像。

2012年10月,她的研究小组在加州大学洛杉矶分校(SLA)确认了第二颗恒星,环绕在银河中心运行。根据开普勒定律,格兹的团队利用轨道运动证明Sgr A *的质量为4.1±0.6百万太阳质量。因为Sgr A *比下一个最近的已知超大质量黑洞M31 *(位于M31的中心)近一百倍,所以它现在是超大质量黑洞的最佳例证之一。


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