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南方周末|黑洞研究终得诺奖，先驱获奖实至名归


北京时间2020年10月6日18时 ， 诺贝尔奖委员会宣布2020年诺贝尔物理学奖授予英国科学家罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）、德国科学家莱茵哈德·根泽尔（Reinhard Genzel）和美国科学家安德里亚·吉兹（Andrea Ghez） ， 以表彰他们在黑洞理论和观测研究领域内的杰出贡献 。 彭罗斯的获奖理由是“发现黑洞形成是广义相对论的有力预言” ， 他获得了总额为1000万瑞典克朗（约合110万美元）的奖金的一半；根泽尔和吉兹的获奖理由是“发现了银河系中心的超大质量致密天体” ， 二人分享了另外一半奖金 。
南方周末|黑洞研究终得诺奖，先驱获奖实至名归
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罗杰·彭罗斯（左）、莱茵哈德·根泽尔（中）和安德里亚·吉兹（右） 。 图/诺贝尔奖官网
这是诺贝尔物理学奖继2019年（奖励宇宙学和系外行星研究）之后再次奖励与天文学相关的研究成果 ， 同时也是最近4年来的第3次（2017年授予发现引力波的3位物理学家） 。
黑洞的理论验证
罗杰·彭罗斯爵士是英国著名的数学物理学家和科学哲学家 。 他于1931年生于英国科尔切斯特 ， 1958年在剑桥大学获得博士学位 。 他目前是牛津大学荣休教授、牛津大学沃德姆学院荣休院士以及剑桥大学圣约翰学院荣誉院士 。
1784年 ， 英国人约翰·米切尔（John Michell）首次提出可能存在密度大到连光都无法逃逸的天体 。 1915年 ， 爱因斯坦提出广义相对论 ， 为黑洞的存在提供了理论依据 。 此后不久 ， 卡尔·史瓦西（Karl Schwarzschild）和约翰尼斯·德罗斯特（Johannes Droste）分别发现了爱因斯坦方程的一个球对称奇异解 ， 预言了黑洞的存在 。 1963年 ， 罗伊·帕特里克·克尔（Roy Patrick Kerr）给出了轴对称的旋转黑洞解 。 1967年 ， 美国物理学家约翰·惠勒（John Wheeler）创造了“黑洞”（Black Hole）这个名词描述这种致密天体并沿用至今 。
黑洞是广义相对论的重要预言 。 2019年 ， 科学家发布了黑洞的首张照片 ， 被认为再一次验证了广义相对论 。 但是 ， 提出广义相对论的爱因斯坦本人 ， 却并不相信黑洞真的存在 ， 他曾在1939年的一篇论文中试图论证恒星不可能在自身的引力作用下塌缩 。
但到了1965年1月 ， 彭罗斯却用巧妙的数学方法证明了黑洞可以形成 ， 并且给出了详细的描述 。 他还提出在黑洞的中心隐藏着一个奇点 ， 所有已知的自然规律在奇点都会失效 。 他的革命性的文章被认为是在爱因斯坦之后对广义相对论的发展作出了最重要的贡献 。
彭罗斯在数学物理研究中完成了一系列重要的工作 ， 特别是对广义相对论和宇宙学的研究影响深远 ， 在这些领域内有一系列以他命名的概念和定理 。 加州理工学院教授、2017年诺贝尔物理学奖得主基普·索恩（Kip Thorne）曾经这样评价：“彭罗斯革新了我们用来分析时空性质的数学工具 。 ”
彭罗斯在获得诺贝尔奖前 ， 已经先后获得过多个重要奖项 ， 包括沃尔夫物理学奖、狄拉克奖和阿尔伯特·爱因斯坦奖等 。 他和已故著名物理学家史蒂夫·霍金（Stephen Hawking）是重要的合作伙伴 ， 二人因为提出了彭罗斯—霍金奇点定理而分享了1988年的沃尔夫物理学奖 。 1990年 ， 二人还共同出版了《时空的本质》一书 。 除此之外 ， 彭罗斯还积极投身科学传播工作 ， 出版过多部科普作品 ， 包括《宇宙的轮回》《通向实在之路》和《皇帝新脑》等 。
黑洞的观测发现
莱茵哈德·根泽尔于1952年生于德国的巴特洪堡 ， 1978年在德国波恩大学获得博士学位 。 此后 ， 他先后在哈佛-史密森天体物理中心和加州大学伯克利分校等机构工作 。 1986年 ， 他返回德国 ， 先后在马克斯·普朗克宇宙物理研究所和慕尼黑大学工作 。 根泽尔目前担任德国马克斯·普朗克地外物理研究所所长和加州大学伯克利分校教授 。 2008年 ， 他曾经因为对银河系中心超大质量黑洞的研究获得了邵逸夫天文学奖 。


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