“最黑暗”的秘密？ 不要對黑洞和銀河系說“最”
——解讀2020年諾貝爾物理學獎
本報記者 張夢然 實習記者 余昊原
一個黑洞橫截面
當大質量恒星在自身引力作用下坍縮，會形成了黑洞。黑洞非常重，可以捕獲所有經(jīng)過事件視界的東西，即使光也無法逃逸。在事件視界上，時間取代了空間只能向前進。時間的流逝承載了一切，指向黑洞內最遠的奇點——那里密度無限，而時間有限。
光錐顯示光線在時間上向前和向后的路徑。當物質坍縮并形成黑洞時，穿過黑洞事件視界的光錐會向內轉向奇點。外部的觀察者永遠不會看到光線到達事件視界。
羅杰·彭羅斯（左）
賴因哈德·根策爾（中）
安德烈婭·蓋茲（右）
康德說，世界上有兩件東西能震撼人們的心靈：一件是我們心中崇高的道德標準；另一件是我們頭頂上的星空。
2020年，三位科學家因發(fā)現(xiàn)了宇宙中最奇特的現(xiàn)象之一——黑洞而獲得了今年的諾貝爾物理學獎。
當所有已知規(guī)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(chǎn)物。
上個世紀，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，直到一個人，首先成功地找到了一個現(xiàn)實的解，他就是羅杰·彭羅斯他利用巧妙的數(shù)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(guī)律在其中都停止。在愛因斯坦去世10年后這一文章被發(fā)表，被視為對廣義相對論的最重要貢獻。
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，而這兩組都發(fā)現(xiàn)：有一種看不見、卻非常重的物體，使得這些恒星在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(jù)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(jù)，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?？茖W家正在創(chuàng)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?！敝Z貝爾物理學委員會主席戴維·哈維蘭德表示。他認為，正是今年獲獎者的發(fā)現(xiàn)，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(fā)著人們通過研究給出答案。
（《科技日報》2020年10月9日第 2 版。）
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