解读2020年诺贝尔物理学奖:“最黑暗”的秘密?不要对黑洞和银河系说“最”

张梦然

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。罗杰·彭罗斯的研究表明，相对论理论有力预测了黑洞的形成;赖因哈德·根泽尔和安德里亚·盖兹则发现，一个隐形且极重的物体，控制着我们银河系中心恒星的轨道，而超大质量黑洞则是目前唯一已知的解释。

当所有已知规律在其中失效

一個超重的怪物，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。

20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，直到罗杰·彭罗斯首先成功地找到了一个现实的解。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会停止。

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。而这两组天文学家都发现：有一种看不见却非常重的物体，使得这些恒星在它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2020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。

（选自2020年10月6日《科技日报》，本刊有删改）