浙工大教授解读诺贝尔物理学奖:黑洞的面纱有

时间:2020-10-07 来源:杭州TV2 作者:记者陈天华

2020年诺贝尔物理学奖颁给了罗杰·彭罗斯(Roger Penrose),因他发现黑洞形成是广义相对论的一个预言;莱因哈德·根泽尔(Reinhard Genzel),安德里亚·格兹(Andrea Ghez),因他们发现银河系中心的超大质量致密天体。

他们的这些发现被评价为揭示了“宇宙中最黑暗角落的秘密”。

那么,黑洞到底是什么?这几位科学家的研究于天体物理学而言,有着怎样的意义?在黑洞中,我们是否可以实现科幻电影中常常涉及的“穿越时空”情节?未来,在黑洞研究领域,还有哪些“新的冒险”值得我们去探索?带着这些问题,记者采访了浙江工业大学理学院理论物理与宇宙学研究所教授朱涛。

黑洞的是广义相对论所预言的一种致密天体,有着超强引力场。它一般是由大质量的恒星塌缩所形成。它有一个表面,也就是通常所说的视界面。任何物质进入到了这个视界面包括光,都会受到黑洞引力的影响而无法逃脱。

其实,黑洞理论刚提出来时,包括爱因斯坦本人都并不相信黑洞真的存在。毕竟,那时候“黑洞”对于众人而言,只是方程中的一个解。而罗杰·彭罗斯使用了巧妙的数学方法,证明黑洞是爱因斯坦广义相对论的直接结果。

1965年1月,在爱因斯坦去世十年后,罗杰·彭罗斯证明了黑洞真的可以形成,并对其进行了详细的描述:黑洞的核心是隐藏着一个奇点,在这个奇点中,所有已知的自然法则都不再成立。他的这篇开创性的文章至今仍被认为是自爱因斯坦以来对广义相对论最重要的贡献。

“彭罗斯的研究证明了广义相对论中的奇点定理,即恒星在不断塌缩的过程中形成黑洞,其中所有的物质也不断流向奇点,在奇点处物质的密度被认为是无穷大的。”朱涛说,天文观测已证明了黑洞的存在,而彭罗斯的研究则解答了黑洞是如何形成的这一问题。

此次诺贝尔物理学奖的另两位获奖者根泽尔和格兹,则是利用世界上最大的望远镜,开发出了透过星际气体和尘埃的巨大云层,观察银河系中心的方法。他们挑战技术极限,改进新技术以补偿地球大气层造成的干扰,建立独特的仪器,并致力于长期研究。他们的开创性工作为我们提供了迄今为止最令人信服的证据,证明银河系中心存在一个超大质量黑洞。

天文学家将宇宙中的黑洞分为原初黑洞、恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞四类。其中,目前观测研究较多的是恒星级黑洞和超大质量黑洞。

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