解讀2020年諾貝爾物理學獎:“最黑暗”的秘密?不要對黑洞和銀河系說“最”

張夢然

2020年，三位科學家因發現了宇宙中最奇特的現象之一——黑洞而獲得了今年的諾貝爾物理學獎。羅杰·彭羅斯的研究表明，相對論理論有力預測了黑洞的形成;賴因哈德·根澤爾和安德里亞·蓋茲則發現，一個隱形且極重的物體，控制著我們銀河系中心恒星的軌道，而超大質量黑洞則是目前唯一已知的解釋。

當所有已知規律在其中失效

一個超重的怪物，會捕獲進入其“狩獵范圍”的所有物體，連光也不能逃脫。這就是黑洞。在許多文化形式中，黑洞一詞都有其更深的含義，但對于物理學家而言，黑洞始終是巨型恒星能量自然耗盡而死亡后的產物。

20世紀，愛因斯坦的廣義相對論顛覆了所有的有關時空的概念;奧本海默計算出了一顆大質量恒星的劇烈坍塌。但這些，一直被認為是純粹的理論推測，直到羅杰·彭羅斯首先成功地找到了一個現實的解。他利用巧妙的數學方法表明，黑洞是愛因斯坦廣義相對論的直接預測結果，黑洞隱藏著不能被人理解的奇異之處，所有已知的自然規律在其中都會停止。

答案只有一個：超大質量黑洞

賴因哈德·根策爾和安德烈婭·蓋茲各自領導著一組天文學家，成功繪制了離銀河系中心最近的最亮恒星的軌道。而這兩組天文學家都發現：有一種看不見卻非常重的物體，使得這些恒星在它周圍以驚人的速度旋轉。這個看不見的物體，竟然有400萬個太陽質量那么重，這究竟是什么？根據引力理論，可能的解釋只有一個——超大質量黑洞。

根策爾和蓋茲使用世界上最大的望遠鏡，通過巨型星際氣體和塵埃云看到銀河系的中心。他們擴展了技術極限，完善了新技術，補償了地球大氣層造成的扭曲，制造出的獨特儀器可被用于長期研究。他們的工作為我們提供了迄今為止最令人信服的證據，表明銀河系中心有一個超大質量黑洞，同時，也為新的理論見解提供了線索。

如果有什么是永恒的？那就是未知

彭羅斯的研究告訴我們，黑洞是廣義相對論的直接結果，根策爾和蓋茲也對廣義相對論及其預測進行了精確檢驗。但在無限大的奇異性引力中，該理論不再適用。科學家正在創建新的量子引力理論。這必須將物理學的兩大支柱——相對論和量子力學結合在一起，而這二者，將在黑洞的內部相遇。

“不僅是關于它們的內部結構的問題，而且還有關于如何在黑洞緊鄰的極端條件下，測試我們的引力理論的問題。”諾貝爾物理學委員會主席戴維·哈維蘭德表示。他認為，正是2020年獲獎者的發現，為研究緊湊和超大質量天體開辟了新天地，但是這些奇特的物體仍然向人類提出許多問題，激發著人們通過研究給出答案。

（選自2020年10月6日《科技日報》，本刊有刪改）