作者:张梦然 余昊原 来源:科技日报 发布时间:2020/10/9 9:55:20
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“最黑暗”的秘密?不要对黑洞和银河系说“最”
解读2020年诺贝尔物理学奖

 

康德说,世界上有两件东西能震撼人们的心灵:一件是我们心中崇高的道德标准;另一件是我们头顶上的星空。

2020年,三位科学家因发现了宇宙中最奇特的现象之一——黑洞而获得了今年的诺贝尔物理学奖。

当所有已知规律在其中失效

一个超重的怪物,会捕获进入其“狩猎范围”的所有物体,连光也不能逃脱。这就是黑洞。在许多文化形式中,黑洞一词都有其更深的含义,但对于物理学家而言,黑洞始终是巨型恒星能量自然耗尽而死亡后的产物。

上个世纪,爱因斯坦的广义相对论颠覆了所有的有关时空的概念;奥本海默计算出了一颗大质量恒星的剧烈坍塌。但这些,一直被认为是纯粹的理论推测,直到一个人,首先成功地找到了一个现实的解,他就是罗杰·彭罗斯他利用巧妙的数学方法表明,黑洞是爱因斯坦广义相对论的直接预测结果,黑洞隐藏着不能被人理解的奇异之处,所有已知的自然规律在其中都停止。在爱因斯坦去世10年后这一文章被发表,被视为对广义相对论的最重要贡献。

答案只有一个:超大质量黑洞

赖因哈德·根策尔和安德烈娅·盖兹各自领导着一组天文学家,成功绘制了离银河系中心最近的最亮恒星的轨道,而这两组都发现:有一种看不见、却非常重的物体,使得这些恒星在周围以惊人的速度旋转。

这个看不见的物体,竟然有400万个太阳质量那么重,这究竟是什么?根据引力理论,可能的解释只有一个——超大质量黑洞。

根策尔和盖兹使用世界上最大的望远镜,通过巨型星际气体和尘埃云看到银河系的中心。他们扩展了技术极限,完善了新技术,补偿了地球大气层造成的扭曲,制造出的独特仪器可被用于长期研究。他们的工作为我们提供了迄今为止最令人信服的证据,表明银河系中心有一个超大质量黑洞,同时,也为新的理论见解提供了线索。

如果有什么是永恒的?那就是未知

彭罗斯的研究告诉我们,黑洞是广义相对论的直接结果,根策尔和盖兹也对广义相对论及其预测进行了精确检验。但在无限大的奇异性引力中,该理论不再适用。科学家正在创建新的量子引力理论。这必须将物理学的两大支柱——相对论和量子力学结合在一起,而这二者,将在黑洞的内部相遇。

“不仅是关于它们的内部结构的问题,而且还有关于如何在黑洞紧邻的极端条件下,测试我们的引力理论的问题。”诺贝尔物理学委员会主席戴维·哈维兰德表示。他认为,正是今年获奖者的发现,为研究紧凑和超大质量天体开辟了新天地,但是这些奇特的物体仍然向人类提出许多问题,激发着人们通过研究给出答案。

 
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