諾貝爾物理學獎公佈! 3 位研究黑洞的科學家獲獎,霍金本應有姓名

愛範兒 於 07/10/2020 發表 收藏文章

諾貝爾獎,這個旨在獎勵物理、化學或醫學等領域最優秀貢獻者的獎項,將在國慶黃金週內逐一揭曉。

由於國外仍然受到疫情的影響,今年的諾貝爾獎取消了以往在瑞典首都舉行的頒獎典禮,轉為在線上直播。

但獎金的金額卻有所增加——得益於諾貝爾基金會良好的年投資回報率,今年,每項諾貝爾獎的獎金均增至 1000 萬瑞典克朗,相比去年增加了 100 萬,總計相當於人民幣 760 萬元。

▲ 圖片來自:NYT

首批獲得該獎金的人已經出現,分別為哈維·阿爾特(Harvey J. Alter),邁克爾·霍頓(Michael Houghton)以及查爾斯·M·賴斯(Charles M. Rice)三人,他們因發現了丙型肝炎病毒,榮獲了今年的諾貝爾生理學或醫學獎。


10 月 6 日傍晚,2020 年諾貝爾物理學獎得主也正式出爐。本次獎項與黑洞有關,其中一部分由羅傑·彭羅斯(Roger Penrose)獲得,以表彰他「發現黑洞的形成是對廣義相對論的一次強有力預測」。

而另一半則由萊因哈特·根澤爾(Reinhard Genzel)和安德里亞·格茲(Andrea Ghez)獲得,因為他們「發現了銀河系中心的一個超大致密天體的存在」。
為什麼他們能獲獎?

英國數學物理學家羅傑·彭羅斯(Roger Penrose)於 1931 年出生於英國埃塞克斯州的一個醫生家庭,在物理學、數學和幾何學方面都做出了很多貢獻,但本次他能獲得諾貝爾物理學獎,與 1965 年他所撰寫的《引力坍塌和時空奇點》論文有關。

1916 年,愛因斯坦發表了著名的廣義相對論,不僅預言了引力波的存在,還認為某些大質量恆星在消亡時都會變成一個黑洞,這些扭曲的空間會捕獲周圍的一切,連光線都無法逃逸。


不過,愛因斯坦自己卻不相信黑洞的存在,直到 1965 年 1 月,也就是愛因斯坦去世 10 年後,羅傑·彭羅斯撰寫的論文,才證明了黑洞確實可以形成,同時也是愛因斯坦廣義相對論的必然結果。

在他看來,黑洞的中心隱藏着一個奇點,而在這個奇點中,密度和引力都將變得無窮大,所有已知的物理規律都將失效。

諾貝爾獎委員會表示,羅傑·彭羅斯當時撰寫的論文,是繼愛因斯坦之後對廣義相對論最重要的貢獻。


值得注意的是,著名的奇點理論,是由斯蒂芬·霍金與彭羅斯一起提出的,也就是説,如果霍金仍在世的話,今年獲得諾貝爾物理學獎的人,或許不會只有彭羅斯一人。

本次諾貝爾物理學獎的另一半,由德國天體物理學家萊因哈特·根澤爾和美國天文學家安德里亞·格茲獲得,而格茲也是歷史上第 4 位,獲得諾貝爾物理學獎的女性科學家。

簡單來説,他們所做的,就是找到了黑洞的存在以及它所帶來的影響。

兩人自 20 世紀 90 年代起,就各自率領科研小組,研究銀河系中心一個名為「人馬座 A*」的區域。他們發現,該區域存在一個看不見的物體,質量是太陽的 400 萬倍,且擁有銀河系中最強的引力場,甚至能控制四周恆星的運行軌道。


為了更好地追蹤恆星的運行旅程,兩支團隊使用了智利、夏威夷上的巨大天文望遠鏡進行觀測,但恆星繞行黑洞一圈需要 16 年,且 20 世紀末的技術還不足以得到精確的數據。

直到 2018 年,兩支團隊才找到解決方法,成功透過地球大氣層,以及宇宙塵埃和氣體,捕捉到將恆星釋放的光線拉長的巨大黑洞,也證明銀河系中心確實存在着一個超重空間。


諾貝爾物理學獎委員會主席戴維·哈維蘭(David Haviland)表示:「今年的獲獎者們在研究緻密、超大質量天體方面都開闢了新的領域。但是,這些奇異的物體也衍生出新的問題,我們仍需要尋找答案,推動未來的研究。」

自諾貝爾物理學獎設立以來,一共有 200 多名物理學家獲得了該殊榮。

2019 年,諾貝爾物理學獎頒發給 3 人,分別是詹姆斯·皮布爾斯(James Peebles),米歇爾·麥耶(Michel Mayor)和迪迪埃·奎羅茲(Didier Queloz)。

▲ 圖片來自:Nobel

不過他們並非參與到同一個科研項目。其中,皮布爾斯是在物理宇宙學理論方面有所貢獻,麥耶和奎羅茲則因發現了太陽系外第一個系外行星而獲獎。

據統計,在所有諾貝爾獎中,物理學獎也是華人拿獎最多的獎項。截止到現在,一共有 6 名華人科學家獲此殊榮,包括李政道、楊振寧、丁肇中、朱棣文、崔琦和高琨。

諾貝爾獎得主們都越來越老了

作為科學界最具聲望的獎項,諾貝爾獎在正式公佈前,往往不為外人所知,提名信息往往要在 50 年後才能解密,甚至連獲獎者自己,都是在結果公佈後那一刻才會「被告知」。

正因為這種高度的保密性,使得預測每年諾貝爾獎得主變成了一件非常困難的事。


不過,依舊有人會根據過往諾獎的評選結果,摸索出一些規律。

復旦大學物理學系教授施鬱便認為,本世紀以來,諾貝爾物理學獎的獲獎領域基本都在粒子物理、原子分子光物理、凝聚態物理和天體物理這 4 個領域中輪轉,且目前每個領域的獲獎次數基本持平。

不過在今年,諾貝爾物理獎再次頒給了天體物理領域,也在一些猜測者們的意料之外。

▲ 本世紀以來的諾貝爾物理學獎成果。圖片來自:施鬱

2020 年 7 月,美國斯坦福大學的研究人員 John Ioannidis 還對 1995-2017 年的諾貝爾獎得主進行了梳理,發現在現有的 114 個科學領域中,有半數以上的諾貝爾科學類獎項,都集中在粒子物理學、細胞生物學、原子物理學、神經科學和分子化學這 5 個領域。

這一結果也讓諾貝爾獎遭受到批評,一些人認為諾獎的評選領域過於集中,反而忽略了其它視野內的發展,以及部分科研工作者們的貢獻。


另外,進入到 21 世紀後,由於技術、科研環境的快速發展,以及各國科研成果的增多,諾貝爾科學類獎項的評選範圍也變得越來越大,很多科學家並不會在取得科學突破後,就馬上獲獎。

▲ 科學家發表成果,與獲得諾貝爾獎時間間隔統計。圖片來自:中國科學報

根據《中國科學報》的統計,諾貝爾科學類獎項的獲獎者,從成果發表,到正式獲獎,可能需要經歷 10-30 年不等的時間。

▲ 圖片來自:The Guardian

《衞報》的數據也顯示,在 1931-1940 年,諾貝爾物理學獲獎者的平均年齡僅為 41 歲,但在過去 10 年裏,得獎者的平均年齡已經接近 70 歲。

這意味着,很多科學家可能要等到晚年,其研究成果才會被業界所認可。

2019 年的諾貝爾化學獎便是個很典型的例子。3 位獲獎者分別在上世紀 70、80 和 90 年代推動了鋰離子電池技術的發展和商用進程,可直到每個人都進入古稀之年,才獲得了諾貝爾獎的垂青,可以説是一個「遲來的獎項」。

至於今年的諾貝爾物理學家,獲獎三人的年齡最老已經到了 89 歲,最年輕的則是 55 歲。

▲ 因鋰電池獲得 2019 年諾貝爾化學獎的日本科學家吉野彰

更多科學家,在有生之年裏,甚至都等不來諾獎的認可,確實令人惋惜。

正因如此,不少諾獎得主都認為,自己獲獎的最大原因來自於「運氣」,以及,能堅持活到可以拿到獎項的年齡。

當然,運氣背後往往也有着不可否認的實力。可以肯定的是,每一位諾貝爾獎的獲得者,都是願意把做學問當作興趣,並執着前行的人。
題圖來源:Nobel

未來幾天,還會有另外 4 項諾貝爾獎將會揭曉,分別是諾貝爾化學獎、諾貝爾文學獎、諾貝爾和平獎以及諾貝爾經濟學獎,我們將繼續保持關注。


資料來源:愛範兒(ifanr)

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