2020年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予發(fā)現(xiàn)黑洞的3位科學(xué)家

時(shí)間：2024-12-27作者：武漢市鑫宇環(huán)檢測技術(shù)有限公司瀏覽：89

北京時(shí)間10月6日下午6時(shí)許，2020年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)揭曉。Roger Penrose、Reinhard Genzel、Andrea Ghez獲獎(jiǎng)。英國科學(xué)家Roger Penrose“由于發(fā)現(xiàn)黑洞的形成是廣義相對(duì)論的一個(gè)有力預(yù)測”而被授予了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。德國科學(xué)家和美國科學(xué)家Reinhard Genzel、Andrea Ghez因“在銀河系中心發(fā)現(xiàn)了一個(gè)**大質(zhì)量的致密物體”而被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。



Roger Penrose將享有一半獎(jiǎng)金，Reinhard Genzel和Andrea Ghez將分享另一半獎(jiǎng)金。

今年，每項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)獎(jiǎng)金額為1000萬瑞典克朗（約合人民幣760萬元），比2019年增加100萬瑞典克朗。

來源：中國科學(xué)報(bào)

延伸閱讀《茍利軍：黑洞研究的歷史》

黑洞本身是一個(gè)引力非常強(qiáng)的天體，要追溯黑洞的歷史，要追溯到人們對(duì)萬有引力的認(rèn)識(shí)。

萬有引力的發(fā)現(xiàn)可以追溯到17世紀(jì)，牛頓坐在蘋果樹下面看到蘋果掉下來，激發(fā)了靈感。他不僅僅意識(shí)到這種現(xiàn)象，而且寫下了公式，那就是有關(guān)于引力的萬有引力公式。在此基礎(chǔ)之上，牛頓得到了人們所熟知的逃逸速度公式。

在此之后，更多科學(xué)家根據(jù)牛頓的理論作了進(jìn)一步的應(yīng)用和推廣。在18世紀(jì)的法國，數(shù)學(xué)家拉普拉斯想象在宇宙當(dāng)中有可能會(huì)存在著一種天體，它非常致密，以至于從它自身發(fā)出的光都不能夠從它周圍逃脫出來。現(xiàn)在看來這天體就是較樸素的對(duì)于黑洞的一種想法。

到了19世紀(jì)，更多科學(xué)家的觀測對(duì)于牛頓的理論提出了一些挑戰(zhàn)。到20世紀(jì)初的時(shí)候，物理學(xué)家愛因斯坦首先提出了狹義相對(duì)論，在十年之后又提出了廣義相對(duì)論，對(duì)引力提出了顛覆性的認(rèn)識(shí)，比如認(rèn)為引力場其實(shí)并不是由質(zhì)量引起的，而是時(shí)空被質(zhì)量、有質(zhì)量物體彎曲以后的效應(yīng)。

在愛因斯坦1915年提出廣義相對(duì)論之后的幾個(gè)月，德籍物理學(xué)家史瓦西得到了精確的愛因斯坦場方程解，這就是“沒有轉(zhuǎn)動(dòng)黑洞的史瓦西解”。在史瓦西1916年得到這個(gè)解之后的幾十年間，黑洞研究的進(jìn)展其實(shí)非常緩慢。

在20世紀(jì)30年代末，美國的原子彈之父奧文海默和他的學(xué)生得到了一種學(xué)說：恒星在死亡塌縮的時(shí)候有可能塌縮成一個(gè)致密的奇點(diǎn)，并且推導(dǎo)出了這個(gè)質(zhì)量的下限，3.2個(gè)太陽質(zhì)量左右。

當(dāng)時(shí)間進(jìn)入20世紀(jì)60年代的時(shí)候，黑洞的研究迎來了兩項(xiàng)突破性進(jìn)展：1963年新西蘭的數(shù)學(xué)家羅伊·克爾通過數(shù)學(xué)求解的方式**次精確得到了愛因斯坦場方程的帶有旋轉(zhuǎn)黑洞的精確解。1964年，用觀測方法發(fā)現(xiàn)了**顆恒星級(jí)的黑洞。正是理論和觀測同時(shí)的突破，使得黑洞研究領(lǐng)域迎來了它的黃金時(shí)代，在接下來的二三十年，一大批天文學(xué)家、物理學(xué)家投身于這個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)在人們所知道的有關(guān)于黑洞知識(shí)基本上都是在這段時(shí)間內(nèi)得到的。

在這一時(shí)期，有一位非常**的相對(duì)論物理大師——普林斯頓大學(xué)的教授約翰·惠勒，他不僅學(xué)術(shù)研究非常出色，而且在科學(xué)傳播方面也做了非常多的工作。黑洞這個(gè)名字經(jīng)過他的推廣，才得以被眾人所知。另外，蟲洞這個(gè)名詞也是他提出的。

在惠勒之后，霍金進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了所謂的霍金輻射，改變了之前經(jīng)典廣義相對(duì)論對(duì)于黑洞的認(rèn)識(shí)。

到目前為止，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了非常多的黑洞，通過質(zhì)量可以把它們分解為三大類：

一類是恒星量級(jí)的黑洞，也就是說它的質(zhì)量可以從3倍太陽質(zhì)量到100個(gè)太陽質(zhì)量之間。

第二類稱之為**大質(zhì)量的黑洞，它的質(zhì)量起點(diǎn)是幾十萬倍的太陽質(zhì)量，或者上百萬倍的太陽質(zhì)量，一直到幾十億倍甚至于上百億倍的太陽質(zhì)量。介于其中的這一類黑洞，稱之為中等質(zhì)量的黑洞。但是對(duì)于中等質(zhì)量的黑洞，現(xiàn)在觀測的直接證據(jù)非常少，但是理論研究證明，它們應(yīng)該是存在的，所以尋找中等質(zhì)量的黑洞也是目前研究的一個(gè)熱門課題。

對(duì)于黑洞，它可以說是宇宙當(dāng)中較為神奇，也是較為簡單的一類天體。對(duì)于黑洞，只需要3個(gè)物理量就可以描述它，一個(gè)是它的質(zhì)量，一個(gè)是它的轉(zhuǎn)動(dòng)，另外一個(gè)就是它的電荷。

在宇宙當(dāng)中，氣體幾乎都是以等離子體狀態(tài)存在，會(huì)存在非常多的自由電荷。如果一個(gè)黑洞帶電，那很*吸附周圍的帶電粒子而達(dá)到電力平衡。所以較終只剩下兩個(gè)物理量，一個(gè)質(zhì)量，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)時(shí)候，就可以通過所謂的克爾度規(guī)來完整描述天體物理學(xué)當(dāng)中的黑洞，科學(xué)家主要的任務(wù)就是測量黑洞的這兩個(gè)基本量。

在銀河系中，按照理論，還應(yīng)該存在著上億個(gè)恒星量級(jí)的黑洞。但遺憾的是人類到目前為止僅僅探測到了幾十個(gè)，而且只有不到20個(gè)恒星量級(jí)的黑洞有非常精確的質(zhì)量測量，其他將近上億個(gè)的黑洞，現(xiàn)在并沒有探測到。（作者茍利軍，系中科院國家天文臺(tái)研究員）


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