數(shù)學(xué)物理學(xué)家羅杰·彭羅斯與安德烈·蓋斯和萊因哈德·根澤爾共同獲得諾貝爾獎，他們在星系中心發(fā)現(xiàn)了一個巨大的黑洞。

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羅杰·彭羅斯，安德烈·蓋斯和萊因哈德·根澤爾(從左到右)因他們對黑洞的研究獲得了2020年諾貝爾物理學(xué)獎。

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一個數(shù)學(xué)物理學(xué)家和兩個天文學(xué)家贏得了2020年諾貝爾物理學(xué)獎，用以表彰他們對研究質(zhì)量最大最神秘的天體——黑洞的貢獻(xiàn)。

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英國89歲的數(shù)學(xué)物理學(xué)家羅杰·彭羅斯因表明黑洞是愛因斯坦廣義相對論應(yīng)有的結(jié)果得到了一半的獎金，黑洞具有很強(qiáng)的引力拖拽，以至于光線都不能逃離。

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因發(fā)現(xiàn)了宇宙中最大的黑洞，美國55歲的天文學(xué)家安德里亞·蓋茲和德國68歲的天文學(xué)家萊因哈德·根澤爾，分享了價值1000萬瑞典克朗（110萬美元）的諾獎獎金。而這個最大的黑洞，就是—銀河系。

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自1990年代以來，蓋茲和根澤爾就著手研究星系軌道，以及映射到銀河系中心附近的各個星系小組，還有各個星系小組的中心，并得出了很多結(jié)論。綜合這些研究，得出的結(jié)論是，一個非常巨大的、看不見的物體，必須指示著恒星的運(yùn)動方向。瑞典皇家科學(xué)院表示，被稱為射手座A *（Sgr A *）的星星，是最有說服力的證據(jù)，這確實(shí)是在銀河系中心的一個超大質(zhì)量的黑洞。

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``物理學(xué)巨人''

意大利米蘭比可卡大學(xué)的天體物理學(xué)家莫妮卡·科爾皮（Monica Colpi）在意大利表示高度贊同蓋茲和根澤爾的觀點(diǎn)： “根澤爾和蓋茲的觀測數(shù)據(jù)，在監(jiān)視此對象周圍的恒星運(yùn)動方面具有出色且真正獨(dú)特的結(jié)論?！彼麄兊臄?shù)據(jù)證明射手座的密度與超大質(zhì)量黑洞一致。

天體物理學(xué)家海諾·法爾克（Heino Falcke）也表示同意。 “他們?yōu)榘l(fā)掘這些天空中，黑暗星系的中心做出了根本性的貢獻(xiàn)，”位于荷蘭奈梅亨的拉德布德大學(xué)的法爾克說。

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“彭羅斯（Penrose）是具有影響力的理論科學(xué)家，被譽(yù)為``理論物理學(xué)的巨人''，英國巴斯大學(xué)的天體物理學(xué)家卡羅爾·蒙代爾（Carole Mundell）說 ，”他是一個``富有創(chuàng)造力的思想家，具有豐富的想象力，他能感受到有趣的東西并且對他所做的一切充滿好奇心。''

加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的蓋茲，是贏得物理學(xué)獎的第四位女性，在諾貝爾獎獲得者中，女性人數(shù)較少（見``諾貝爾失衡''）。 在2018年，激光物理學(xué)家唐娜·斯特里克蘭（Donna Strickland）成為55歲的獲得者，當(dāng)時她成為了第三位獲得物理學(xué)獎的女性。

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蓋茲在新聞發(fā)布會上說：“我非常榮幸地贏得諾貝爾獎，也是第四名獲得這個獎的女性，我的責(zé)任很重，我希望可以啟發(fā)其他年輕女性，共同進(jìn)入這一領(lǐng)域，讓她們從中找到更多的樂趣?！?/span>

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? ?? 廣義相對論到幾何學(xué)。

??? 在1965年的一篇具有開創(chuàng)性意義的論文中，物理學(xué)家彭羅斯根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論，展示了黑洞如何在適當(dāng)條件下形成—形成了一個可以捕捉光源的面。在這個面的內(nèi)部，質(zhì)量會陷入一種不可逆的重力坍塌，從而產(chǎn)生物質(zhì)密度無窮大的能量區(qū)域，稱做奇點(diǎn)。以前的研究人員，只在人們認(rèn)為的物理中無法實(shí)現(xiàn)條件下，證明了產(chǎn)生奇點(diǎn)的必然性。

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??? 彭羅斯的貢獻(xiàn)跨越了數(shù)學(xué)和物理學(xué)的許多領(lǐng)域。與平面藝術(shù)大師M.C埃舍爾的交流激發(fā)了彭羅斯的靈感，他繪制了多幅不可能幾何圖形。20世紀(jì)70年代，他豐富發(fā)展了幾何理論：一種不重復(fù)的2D圖案，現(xiàn)在被稱為彭羅斯鑲嵌。這些圖案在大自然中存在于一種叫做準(zhǔn)晶的物質(zhì)中，它是2011年的諾貝爾化學(xué)獎的主題。

??? 帕薩迪納加州理工學(xué)院的數(shù)學(xué)物理學(xué)家馬蒂爾德·瑪莉利，也是彭羅斯現(xiàn)在的研究伙伴，說彭羅斯把各種復(fù)雜的數(shù)學(xué)技巧引入了物理學(xué)研究的多個分支。她對此有所感嘆，稱彭羅斯的做法的確為研究提供了完全不同的思維方式。

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??? 銀河中的黑洞為愛因斯坦相對論提供了其長期尋求的試驗場。

??? 拉合爾巴基斯坦政府學(xué)院大學(xué)的數(shù)學(xué)物理學(xué)家阿斯加爾·卡迪爾說，尤其是在20世紀(jì)60年代末，彭羅斯發(fā)展出了扭量理論，試圖結(jié)合量子力學(xué)和廣義相對論來進(jìn)行研究。扭轉(zhuǎn)的空間會改變時空的本質(zhì)?？ǖ蠣栐诓┦繉W(xué)習(xí)期間和彭羅斯共同研究了扭量理論，他說彭羅斯的這種理解方式，會讓人在論及時間和空間的時候，不把它們當(dāng)基礎(chǔ)理論而是作為一種突變事物來談。

??? 彭羅斯還曾與已故的斯蒂芬.霍金一起，對奇點(diǎn)做過進(jìn)一步基礎(chǔ)性研究。德國科隆大學(xué)的天體物理學(xué)家安德烈亞斯·埃克哈特說：“我想，把這個獎頒給彭羅斯也是間接地頒給了斯蒂芬·霍金，這兩位科學(xué)家和他們的團(tuán)隊在黑洞現(xiàn)象的理論物理解釋方面做出了巨大努力，以此向他們致敬?！?/span>

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當(dāng)彭羅斯呈現(xiàn)了黑洞存在的理論基礎(chǔ)時，格茲和根澤爾的團(tuán)隊同樣將有力的實(shí)驗證據(jù)給展示了出來——他們證實(shí)了有一個空洞存在于我們的銀河系中心。

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自1960年以來，天文學(xué)家們就推測有一個特大質(zhì)量，比太陽還要重一百萬倍以上的空洞，也許正存在于眾多星系的中央。而銀河系則是這些推測星系中，最有可能的一員。無線電觀測已經(jīng)證實(shí)了在銀河系的中心有著能量的輻射，而這個發(fā)出輻射的物體和Sgr.A極為相似(注：即Sagittarius A，存在于銀河系的星系中央，是一個明亮而緊湊的天文射電源)。其他觀測也同樣展現(xiàn)了在這個輻射中心里，充滿著高速飛奔環(huán)繞的恒星和氣體。

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隨著漸循漸進(jìn)的觀測，萊因哈德?根澤爾的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)恒星已經(jīng)繞著銀河系的中央黑洞運(yùn)行20余年了。

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然而，近距離的觀察這些恒星是極具有挑戰(zhàn)難度的，因為大量的氣體和塵埃聚在這些恒星的表面，遮掩了它所發(fā)出來的射線。在1990年的初始，由格茲和根澤爾帶領(lǐng)的兩只競爭團(tuán)隊各自使用了當(dāng)時世界上最大的望遠(yuǎn)鏡來克服這個困難——位于夏威夷莫納克亞的凱克天文臺，和位于智利帕拉納爾的巨型望遠(yuǎn)鏡。這兩臺望遠(yuǎn)鏡都是當(dāng)時世界上最為尖端的觀測儀器。

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“他們工作的關(guān)鍵則在于需要找出提高對微弱光線分辨率和敏感度的方法。”艾卡特說道。他是以前根澤爾在德國加興馬普地外物理研究所的一名小組成員。這些團(tuán)隊初次使用類似于斑點(diǎn)成像法的儀器，在快照中采集數(shù)據(jù)，以此來避免由于地球大氣層的動蕩所造成的視線模糊。隨后，兩支隊伍都運(yùn)用了自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)，也就是用光鏡來糾正其失真。這樣可以做到長時間的曝光，以此捕獲更多的光線，并提高敏感度。而這也得以讓他們在三維空間里追蹤恒星的運(yùn)動軌跡。

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數(shù)十年后，這些儀器讓他們可以測出數(shù)以萬計靠近銀河系中心的恒星，并繪出大約30條軌道。這兩支隊伍最終判定了這個目標(biāo)物體的質(zhì)量——大約是太陽質(zhì)量的400萬倍。并對它大小的上限得出一致結(jié)論。

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艾卡特表示，“在銀河系中心存在著一個超大質(zhì)量的黑洞”這一結(jié)論是團(tuán)隊多年努力和無數(shù)論文與項目的結(jié)晶。而這位至今也仍是獲獎?wù)吒鶟蔂柕暮献骰锇榈乃俅握f道，“根澤爾因為他對工作的努力鉆研是眾所周知的。他是一名非常簡練，同樣也是非常優(yōu)秀的科學(xué)家。”同時，根據(jù)2013年《自然》中對天文學(xué)家格茲的描述，她對工作的激情與熱愛也使她變得廣為人知。艾卡特也補(bǔ)充道：“格茲她是一個注意力非常集中的人，擅長用很直接的方式解決掉問題”。

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作者：Elizabeth Gibney &

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Davide Castelvecchi

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FY：Astronomical volunteer team

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