揭开黑洞之谜的物理学家获得诺贝尔奖
数学物理学家罗杰·彭罗斯与安德烈·盖斯和莱因哈德·根泽尔共同获得诺贝尔奖，他们在星系中心发现了一个巨大的黑洞。
罗杰·彭罗斯，安德烈·盖斯和莱因哈德·根泽尔(从左到右)因他们对黑洞的研究获得了2020年诺贝尔物理学奖。
一个数学物理学家和两个天文学家赢得了2020年诺贝尔物理学奖，用以表彰他们对研究质量最大最神秘的天体——黑洞的贡献。
英国89岁的数学物理学家罗杰·彭罗斯因表明黑洞是爱因斯坦广义相对论应有的结果得到了一半的奖金，黑洞具有很强的引力拖拽，以至于光线都不能逃离。
因发现了宇宙中最大的黑洞，美国55岁的天文学家安德里亚·盖兹和德国68岁的天文学家莱因哈德·根泽尔，分享了价值1000万瑞典克朗（110万美元）的诺奖奖金。而这个最大的黑洞，就是—银河系。
自1990年代以来，盖兹和根泽尔就着手研究星系轨道，以及映射到银河系中心附近的各个星系小组，还有各个星系小组的中心，并得出了很多结论。综合这些研究，得出的结论是，一个非常巨大的、看不见的物体，必须指示着恒星的运动方向。瑞典皇家科学院表示，被称为射手座A *（Sgr A *）的星星，是最有说服力的证据，这确实是在银河系中心的一个超大质量的黑洞。
``物理学巨人''
意大利米兰比可卡大学的天体物理学家莫妮卡·科尔皮（Monica Colpi）在意大利表示高度赞同盖兹和根泽尔的观点： “根泽尔和盖兹的观测数据，在监视此对象周围的恒星运动方面具有出色且真正独特的结论。”他们的数据证明射手座的密度与超大质量黑洞一致。
天体物理学家海诺·法尔克（Heino Falcke）也表示同意。 “他们为发掘这些天空中，黑暗星系的中心做出了根本性的贡献，”位于荷兰奈梅亨的拉德布德大学的法尔克说。
“彭罗斯（Penrose）是具有影响力的理论科学家，被誉为``理论物理学的巨人''，英国巴斯大学的天体物理学家卡罗尔·蒙代尔（Carole Mundell）说 ，”他是一个``富有创造力的思想家，具有丰富的想象力，他能感受到有趣的东西并且对他所做的一切充满好奇心。''
加利福尼亚大学洛杉矶分校的盖兹，是赢得物理学奖的第四位女性，在诺贝尔奖获得者中，女性人数较少（见``诺贝尔失衡''）。 在2018年，激光物理学家唐娜·斯特里克兰（Donna Strickland）成为55岁的获得者，当时她成为了第三位获得物理学奖的女性。
盖兹在新闻发布会上说：“我非常荣幸地赢得诺贝尔奖，也是第四名获得这个奖的女性，我的责任很重，我希望可以启发其他年轻女性，共同进入这一领域，让她们从中找到更多的乐趣。”
广义相对论到几何学。
在1965年的一篇具有开创性意义的论文中，物理学家彭罗斯根据爱因斯坦的广义相对论，展示了黑洞如何在适当条件下形成—形成了一个可以捕捉光源的面。在这个面的内部，质量会陷入一种不可逆的重力坍塌，从而产生物质密度无穷大的能量区域，称做奇点。以前的研究人员，只在人们认为的物理中无法实现条件下，证明了产生奇点的必然性。
彭罗斯的贡献跨越了数学和物理学的许多领域。与平面艺术大师M.C埃舍尔的交流激发了彭罗斯的灵感，他绘制了多幅不可能几何图形。20世纪70年代，他丰富发展了几何理论：一种不重复的2D图案，现在被称为彭罗斯镶嵌。这些图案在大自然中存在于一种叫做准晶的物质中，它是2011年的诺贝尔化学奖的主题。
帕萨迪纳加州理工学院的数学物理学家马蒂尔德·玛莉利，也是彭罗斯现在的研究伙伴，说彭罗斯把各种复杂的数学技巧引入了物理学研究的多个分支。她对此有所感叹，称彭罗斯的做法的确为研究提供了完全不同的思维方式。
银河中的黑洞为爱因斯坦相对论提供了其长期寻求的试验场。
拉合尔巴基斯坦政府学院大学的数学物理学家阿斯加尔·卡迪尔说，尤其是在20世纪60年代末，彭罗斯发展出了扭量理论，试图结合量子力学和广义相对论来进行研究。扭转的空间会改变时空的本质。卡迪尔在博士学习期间和彭罗斯共同研究了扭量理论，他说彭罗斯的这种理解方式，会让人在论及时间和空间的时候，不把它们当基础理论而是作为一种突变事物来谈。
彭罗斯还曾与已故的斯蒂芬.霍金一起，对奇点做过进一步基础性研究。德国科隆大学的天体物理学家安德烈亚斯·埃克哈特说：“我想，把这个奖颁给彭罗斯也是间接地颁给了斯蒂芬·霍金，这两位科学家和他们的团队在黑洞现象的理论物理解释方面做出了巨大努力，以此向他们致敬。”
当彭罗斯呈现了黑洞存在的理论基础时，格兹和根泽尔的团队同样将有力的实验证据给展示了出来——他们证实了有一个空洞存在于我们的银河系中心。
自1960年以来，天文学家们就推测有一个特大质量，比太阳还要重一百万倍以上的空洞，也许正存在于众多星系的中央。而银河系则是这些推测星系中，最有可能的一员。无线电观测已经证实了在银河系的中心有着能量的辐射，而这个发出辐射的物体和Sgr.A极为相似(注：即Sagittarius A，存在于银河系的星系中央，是一个明亮而紧凑的天文射电源)。其他观测也同样展现了在这个辐射中心里，充满着高速飞奔环绕的恒星和气体。
随着渐循渐进的观测，莱因哈德·根泽尔的团队发现恒星已经绕着银河系的中央黑洞运行20余年了。
然而，近距离的观察这些恒星是极具有挑战难度的，因为大量的气体和尘埃聚在这些恒星的表面，遮掩了它所发出来的射线。在1990年的初始，由格兹和根泽尔带领的两只竞争团队各自使用了当时世界上最大的望远镜来克服这个困难——位于夏威夷莫纳克亚的凯克天文台，和位于智利帕拉纳尔的巨型望远镜。这两台望远镜都是当时世界上最为尖端的观测仪器。
“他们工作的关键则在于需要找出提高对微弱光线分辨率和敏感度的方法。”艾卡特说道。他是以前根泽尔在德国加兴马普地外物理研究所的一名小组成员。这些团队初次使用类似于斑点成像法的仪器，在快照中采集数据，以此来避免由于地球大气层的动荡所造成的视线模糊。随后，两支队伍都运用了自适应光学技术，也就是用光镜来纠正其失真。这样可以做到长时间的曝光，以此捕获更多的光线，并提高敏感度。而这也得以让他们在三维空间里追踪恒星的运动轨迹。
数十年后，这些仪器让他们可以测出数以万计靠近银河系中心的恒星，并绘出大约30条轨道。这两支队伍最终判定了这个目标物体的质量——大约是太阳质量的400万倍。并对它大小的上限得出一致结论。
艾卡特表示，“在银河系中心存在着一个超大质量的黑洞”这一结论是团队多年努力和无数论文与项目的结晶。而这位至今也仍是获奖者根泽尔的合作伙伴的他再次说道，“根泽尔因为他对工作的努力钻研是众所周知的。他是一名非常简练，同样也是非常优秀的科学家。”同时，根据2013年《自然》中对天文学家格兹的描述，她对工作的激情与热爱也使她变得广为人知。艾卡特也补充道：“格兹她是一个注意力非常集中的人，擅长用很直接的方式解决掉问题”。
作者：Elizabeth Gibney &
Davide Castelvecchi
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参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自：https://www.nature.com/articles/d41586-020-02764-w
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