诺贝尔物理学奖授予3名科学家,表彰他们在黑洞方面的工作

2020-10-07 15:42:26

周二,诺贝尔物理学奖被授予三位天体物理学家,以表彰他们在世界乃至宇宙中所做的无与伦比的工作。他们是英国人罗杰·彭罗斯、德国人莱因哈德·根泽尔和美国人安德里亚·盖兹。他们因在通向永恒之门的黑洞方面的工作而受到认可,黑洞是一种吞噬光线的巨大物体,以及永远落在他们无情的嘴里的其他一切东西。

彭罗斯博士是牛津大学(Oxford University)的数学家,他获得了大约110万美元奖金的一半,以证明如果阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)的引力理论(即广义相对论)是正确的,那么黑洞肯定存在。

Genzel博士和Ghez博士对我们银河系中心的这只黑暗怪物进行了长达数十年的不懈研究,收集证据证明它是一个超大质量黑洞。

盖兹博士是继1903年玛丽·居里(Marie Curie)、1963年玛丽亚·戈珀特·梅耶尔(Maria Goeppert Mayer)和2018年唐娜·斯特里克兰(Donna Strickland)之后,第四位获得诺贝尔物理学奖的女性。

诺贝尔大会在斯德哥尔摩的瑞典皇家科学院宣布了该奖项。

黑洞是1915年11月首次宣布的爱因斯坦广义相对论中最早也是最极端的预测之一。该理论解释了我们称之为重力的力,因为物体试图沿着一条直线穿过一个几何形状被物质和能量扭曲的宇宙。因此,行星和光束都沿着弯曲的路径运动,就像绕着轮盘赌的球一样。

几个月后,当德国天文学家卡尔·施瓦茨希尔德(Karl Schwarzschild)指出,这些方程包含了世界末日的预言时,爱因斯坦大吃一惊:实际上,在太小的空间里塞进太多的物质和能量,会导致时空塌缩成一个叫做奇点的无限密度的点。在那个地方-如果你可以称之为一个地方-爱因斯坦方程式或任何其他物理定律都没有意义。

爱因斯坦在数学上无可挑剔,但他认为在现实生活中,大自然会找到一种方法来避免这样的灾难。

然而,在爱因斯坦去世十年后的1965年,彭罗斯博士关上了爱因斯坦希望的大门。

彭罗斯博士1931年出生于一个知识分子家庭,是牛津大学的教授。彭罗斯博士在最近的一次采访中回忆说,当他年轻的时候,一家人在乡下散步,他们会在头脑中下棋,在没有实体棋盘的情况下跟踪各种走法。

周一,哈维·J·奥尔特博士、迈克尔·霍顿博士和查尔斯·M·赖斯博士因发现丙型肝炎病毒而获奖。

周二,罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)、莱因哈德·根泽尔(Reinhard Genzel)和安德里亚·盖兹(Andrea Ghez)因他们的发现改善了人们对宇宙的理解而获奖,其中包括对黑洞的研究。

“我的工作是跑,”他说,“我会从一个兄弟那里学到动作,然后跑到我父亲那里。”我只是通过来回跑来锻炼身体。“。

作为一名才华横溢的数学家,他发明了一种描述时空的新方法,称为彭罗斯图,该图绕过了广义相对论的大部分数学复杂性。

他的图表现在是宇宙学的通用语。他证明,如果在一个太小的地方积累了太多的质量,塌缩成黑洞是不可避免的。在黑洞的边界,称为视界,你必须比光速更快-公认的宇宙速度极限-才能逃脱。这样你就再也逃不掉了。在边界内,时间和空间会互换角色,所以所有方向都会向下通向中心,在那里密度变得无限大,我们所知道的物理定律将被打破。

他证明黑洞将成为通往时间尽头、宇宙尽头的门户。

他还以发现Penrose瓷砖而闻名,这是一种在不重复图案的情况下铺设无限地板的方法。他还在“皇帝的新思维:关于计算机、思维和物理定律”等书中发表了对人工智能和意识起源的颠覆传统的观点。

在欢呼这一消息的同时,一些天文学家和物理学家哀叹斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)的缺席。霍金是剑桥大学(Cambridge University)的宇宙学家,可以说是世界上领先的黑洞理论家,直到2018年去世,使他没有资格获得诺贝尔奖。

彭罗斯博士做出突破性计算后不久,霍金和彭罗斯博士用同样的方法合作证明,如果广义相对论是正确的,宇宙肯定也有了一个开端--一个相当重大的发现。

加州理工大学物理学家约翰·普雷斯基尔(John Preskill)在推特上庆祝了盖兹博士和其他科学家的成就。但他补充说,这一时刻令人心酸。

他说:“我在想,斯蒂芬·霍金分享广义相对论进步奖会有多高兴。”

今天,天文学家们一致认为,宇宙中散布着这样的黑暗怪物,包括潜伏在大多数星系中心的野兽,这些星系的质量是太阳的数百万倍和数十亿倍。他们甚至在大约5500万光年之外的星系中拍摄了一张照片。

但是离我们更近的地方,在我们银河系的中心,距离我们26000光年的地方,有一个微弱的射电噪声源,叫做人马座A*。1971年,马丁·里斯(Martin Rees)和唐纳德·林登-贝尔(Donald Lynden-Bell)提出它是一个超大质量黑洞。

根泽尔博士和盖兹博士以及他们的团队独立工作,在过去的几十年里,他们一直在智利和夏威夷用望远镜追踪围绕银河系中心旋转的恒星和尘埃云,试图看看那个黑暗的尘埃区域是否真的藏匿着黑洞。

盖兹博士于1965年6月16日出生于纽约。她是加州大学洛杉矶分校(University of California,Los Angeles)的教授,也是儿童读物“你可以成为一名女性天文学家”(You Can Be A Women Astronomer)的作者之一。周二,她指出自己是第四位获得物理学奖的女性,她说她希望能激励年轻女性。

“这是一个有很多乐趣的领域,如果你对科学充满热情,就会有很多事情可以做,”她说。

根泽尔博士是德国加兴马克斯·普朗克地外物理研究所所长,也是加州大学伯克利分校的教授。

他在德国的弗莱堡长大,弗莱堡是黑森林中的一个小城市。年轻时,他是德国最好的标枪运动员之一,甚至为1972年慕尼黑奥运会与国家队一起训练。

根泽尔博士和盖兹博士还因他们的工作分享了其他荣誉,包括2012年的克拉福德奖(Crafoord Award),通常被称为天文学诺贝尔奖。

多年来,他们的观测越来越接近于得出这样的结论:银河系中心的任何东西都是黑暗的,质量必须相当于400万个太阳,才能施加足够的引力来控制围绕它旋转的恒星和气体。

根泽尔博士称之为S2,盖兹博士称之为S0-2的其中一颗恒星是一颗年轻的蓝色恒星,它沿着非常拉长的轨道运行,每隔16年就会经过距离假定的黑洞口仅110亿英里(约合17光小时)的范围内。

根据爱因斯坦的说法,在这些令人担忧的过程中,这颗以每秒5000英里的速度绕着蛋形轨道旋转的恒星应该会体验到宇宙的完全陌生。上一次发生这种情况是在2018年夏天,两支球队都在关注这位明星的偏差或惊喜。

为了进行这项实验,天文学家需要高精度地了解恒星的轨道,这反过来需要用地球上最强大的望远镜进行数十年的观测。

“你需要20年的数据才能在这张桌子上占有一席之地,”盖兹博士说,他在1995年加入了这场竞争。

2018年秋天,根泽尔博士宣布,他们每隔45分钟左右就探测到围绕银河系中心旋转的气体云,速度为光速的30%。根泽尔博士说,这些云离疑似黑洞太近了,根据爱因斯坦的经典物理学,如果它们再近一点,它们就会掉进去。

Genzel博士的研究小组在2018年的“天文学与天体物理学”杂志上写道,这些结果提供了“强有力的支持”,即射手座的黑暗物体“确实是一个大质量的黑洞”。

瑞典科学院在公告中说:“他们的开创性工作为我们提供了银河系中心存在超大质量黑洞的最令人信服的证据。”

物理学家说,知道黑洞的存在只会提醒我们,我们并不了解黑洞内部发生了什么,我们也没有真正了解引力。

在1998年出版的自传中,广义相对论的领导者之一、普林斯顿大学(Princeton)和德克萨斯大学奥斯汀分校(University Of Texas At Austin)教授约翰·惠勒(John Wheeler)在他的自传中说,黑洞“告诉我们,空间可以像一张纸一样压缩成一个无限小的点,时间可以像熄灭的火焰一样熄灭,而我们认为‘神圣’、一成不变的物理定律绝不是这样。”惠勒是广义相对论的领军人物之一,曾在普林斯顿大学和得克萨斯大学奥斯汀分校(University Of Texas At Austin)担任教授。

大多数物理学家认为,爱因斯坦的广义相对论将需要修改,以应对诸如大爆炸或黑洞中发生的任何极端情况。

盖兹博士在几年前的一次采访中说,“我们已经知道爱因斯坦的引力理论已经站不住脚了。”“还有什么地方比超大质量黑洞更适合寻找其中的差异呢?”

去年,宇宙学家詹姆斯·皮布尔斯(James Peeble)与两位天文学家米歇尔·马约尔(Michel Mayor)和迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz)分享了该奖项,诺贝尔奖评委称他们的工作“改变了我们对宇宙的看法”。

2017年,委员会表彰Rainer Weiss、Kip Thorne和Barry Barish发现了来自黑洞的引力波。

现供职于卡夫利基金会(Kavli Foundation)的宇宙学家迈克尔·特纳(Michael Turner)说,“这些天来,天体物理学似乎拥有诺贝尔物理学奖。”他补充说,“鉴于我们对宇宙的所有了解,这是理所当然的。”

周一,哈维·J·奥尔特、迈克尔·霍顿和查尔斯·M·赖斯因发现丙型肝炎病毒而获奖。诺贝尔委员会说,这三位科学家“使血液测试和新药成为可能,拯救了数百万人的生命。”

诺贝尔化学奖将于周三在瑞典揭晓。阅读去年的获奖者约翰·B·古德足够、M·斯坦利·惠廷汉姆和吉野明的故事。

诺贝尔文学奖将于周四在瑞典揭晓。2018年和2019年的奖项都是在2018年的奖项推迟后于去年宣布的。这发生在一名学院成员的丈夫被指控犯有强奸罪并最终被判有罪之后-这场危机导致几名董事会成员离职,需要瑞典国王的干预。

诺贝尔和平奖将于周五在挪威揭晓。了解一下去年的获胜者,埃塞俄比亚总理阿比·艾哈迈德(Abiy Ahmed)。

诺贝尔经济学奖将于下周一在瑞典公布。阅读去年的获奖者阿比吉特·班纳吉、埃斯特·迪弗洛和迈克尔·克雷默的故事。