為什么今年的諾貝爾獎(jiǎng)再次頒給天文學(xué)和宇宙學(xué)？ 黑洞的研究現(xiàn)在才獲獎(jiǎng)？ 關(guān)于今天的諾獎(jiǎng)結(jié)果，我們聯(lián)系了幾位科學(xué)家，聽(tīng)聽(tīng)他們對(duì)諾獎(jiǎng)的看法。
張雙楠：
黑洞研究人員已經(jīng)等待太久了
中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員、粒子天體物理中心主任、中國(guó)科學(xué)院粒子天體物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任
黑洞研究獲得諾貝爾獎(jiǎng)一直備受期待，黑洞研究人員已經(jīng)等待太久了。
當(dāng)然，因?yàn)榻陙?lái)天體物理學(xué)領(lǐng)域獲得了很多諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，今年又頒給了這個(gè)領(lǐng)域，我感到很驚訝； 而很多人也認(rèn)為，黑洞諾貝爾獎(jiǎng)很可能頒給最早的黑洞發(fā)現(xiàn)者，兩位獲獎(jiǎng)的觀測(cè)天文學(xué)家，顯然不是。 不過(guò)，這三個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)是當(dāng)之無(wú)愧的——他們對(duì)黑洞的存在貢獻(xiàn)了無(wú)可爭(zhēng)議的理論預(yù)測(cè)和無(wú)可置疑的觀測(cè)證據(jù)，確實(shí)是當(dāng)前科學(xué)家中最杰出的。 恭喜他們！
黑洞是廣義相對(duì)論最重要、最早的預(yù)言，是天體物理學(xué)領(lǐng)域最重要的觀測(cè)之一，也是宇宙中最迷人的天體。 事實(shí)上有很多證據(jù)證明黑洞的存在。 至少半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，各種重要的天文學(xué)發(fā)現(xiàn)持續(xù)支持黑洞的存在； 但如果要選出一件作品作為最確鑿的證據(jù)，那就是他們的作品。 他們從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，已經(jīng)做了20多年，幾十年磨一劍！ 他們的工作也是黑洞存在被引用最多的證據(jù)，我?guī)缀踉诿恳黄嘘P(guān)黑洞的科普?qǐng)?bào)告中都提到了這一點(diǎn)。
張雙楠老師在“我是科學(xué)家”活動(dòng)上的演講 | 我是一名科學(xué)家
此外，黑洞和天體物理學(xué)近年來(lái)諾貝爾獎(jiǎng)的熱門(mén)，或許很大程度上反映了社會(huì)關(guān)注度的不斷提高。 這或許也是諾貝爾獎(jiǎng)的考慮因素之一。 畢竟，科學(xué)對(duì)人類的貢獻(xiàn)比技術(shù)進(jìn)步還要大。 另外，對(duì)自然和宇宙的認(rèn)識(shí)可能更為重要，這也構(gòu)成了人類文明的重要組成部分。 這是天文學(xué)和天體物理學(xué)的研究成果受到社會(huì)廣泛關(guān)注的重要原因之一。
張帆：
這兩項(xiàng)研究比其他諾貝爾獎(jiǎng)水平更高
北京師范大學(xué)天文系副教授
2017年和2019年獲獎(jiǎng)研究均在重力領(lǐng)域； 今年又被授予了重力領(lǐng)域，這有點(diǎn)讓人意外，但也不是特別意外。 似乎沒(méi)有人知道今年哪些研究可能會(huì)獲獎(jiǎng)。 如果沒(méi)有期望，就不會(huì)超出期望。
2017 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予萊納·韋斯 ( Weiss)、巴里·巴里什 (Barry ) 和基普·索恩 (Kip )，以表彰其 LIGO 項(xiàng)目和引力波的發(fā)現(xiàn) |
似乎最近所有的重大突破都是在這兩年里給出的。 感覺(jué)今年的諾貝爾獎(jiǎng)?wù)谠噲D填補(bǔ)過(guò)去遺漏的重大發(fā)現(xiàn)。 這個(gè)理論和黑洞研究的觀測(cè)確實(shí)特別重要，卻被錯(cuò)過(guò)了； 而且彭羅斯年紀(jì)大了，所以我覺(jué)得趁這個(gè)機(jī)會(huì)盡快頒獎(jiǎng)也是好的。
我個(gè)人感覺(jué)這兩項(xiàng)研究比普通諾貝爾獎(jiǎng)的水平要高一點(diǎn)。
彭羅斯奇點(diǎn)定理是使黑洞成為天文觀測(cè)目標(biāo)的理論基石。 在他的工作之前，雖然廣義相對(duì)論已經(jīng)有了黑洞解，但它們都是特別對(duì)稱的解——這是因?yàn)閷?duì)稱性可以減少獨(dú)立偏微分的數(shù)量高中物理黑洞，從而簡(jiǎn)化方程并使解析解成為可能。 但大家并不知道這個(gè)解本身的存在是否極度依賴于對(duì)稱性； 也就是說(shuō)，在宇宙的真實(shí)環(huán)境中，對(duì)稱性不可能那么完美，那么這個(gè)黑洞解會(huì)不會(huì)真正實(shí)現(xiàn)呢？ 天體塌陷形成的東西會(huì)是更普通的東西嗎？
在彭羅斯之前高中物理黑洞，天文學(xué)界的主流觀點(diǎn)是宇宙中很可能不會(huì)存在黑洞（有興趣的讀者可以閱讀錢(qián)德拉塞卡和愛(ài)丁頓的故事）。 后來(lái)，彭羅斯用一種特別創(chuàng)新的數(shù)學(xué)方法證明，即使對(duì)稱性被破壞，黑洞仍然會(huì)形成。 這在沉寂了幾十年之后迎來(lái)了所謂廣義相對(duì)論的黃金時(shí)代，并迫使天文學(xué)界認(rèn)真尋找黑洞作為可靠的觀測(cè)目標(biāo)。
羅杰·彭羅斯 | 敏捷
發(fā)現(xiàn)的一個(gè)特別重要的結(jié)果是另外兩位獲獎(jiǎng)?wù)哌@次觀測(cè)到的超大質(zhì)量黑洞。 它們是驅(qū)動(dòng)類星體等許多重要天體的發(fā)動(dòng)機(jī)，這些天體已成為觀測(cè)宇宙學(xué)和高能天體物理學(xué)的核心手段或研究對(duì)象。 它們還與宿主星系有著神秘的關(guān)系，可能在星系的形成中發(fā)揮關(guān)鍵作用，并且與暗物質(zhì)的性質(zhì)密切相關(guān)。
關(guān)于超大質(zhì)量黑洞的相關(guān)研究有很多，而且都涉及前沿研究。 我無(wú)法一一列舉，更不能在這里深入介紹各種反對(duì)的觀點(diǎn)。 但這個(gè)困難本身也表明，超大質(zhì)量黑洞的成功觀測(cè)不僅因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了新型天體而具有重要意義，而且為我們提供了當(dāng)代天文學(xué)的基石。
張宏寶：
彭羅斯的獲獎(jiǎng)可能是對(duì)霍金未能獲勝的補(bǔ)償。
北京師范大學(xué)物理系副教授
今天的結(jié)果有點(diǎn)令人驚訝。 愛(ài)因斯坦并沒(méi)有因其廣義相對(duì)論而獲得諾貝爾獎(jiǎng)。 此前許多同事的預(yù)測(cè)主要集中在量子物理領(lǐng)域。
我認(rèn)為，彭羅斯有兩個(gè)重要的貢獻(xiàn)：一是他將整體微分幾何引入廣義相對(duì)論，重塑了廣義相對(duì)論的語(yǔ)言表達(dá)（梁燦斌、周斌所著的《微分幾何與廣義相對(duì)論》）。北京師范大學(xué)引力中心的《相對(duì)論導(dǎo)論》為這門(mén)現(xiàn)代語(yǔ)言在中國(guó)的傳播和普及做出了歷史性的貢獻(xiàn)），證明了奇點(diǎn)定理，并給出了許多與奇點(diǎn)和黑洞有關(guān)的猜想，例如宇宙監(jiān)督假說(shuō)、彭羅斯不等式，這些一直是經(jīng)典廣義相對(duì)論迄今為止的重要研究課題。 奇點(diǎn)定理也意味著廣義相對(duì)論并不是一個(gè)完整的引力理論，這使得今天每個(gè)人都努力追求量子引力理論，而彭羅斯的新數(shù)量論就是其獨(dú)立性質(zhì)之一的候選者。 此外，彭羅斯還是一位杰出的科普作家，寫(xiě)有《皇帝的新大腦》、《通往現(xiàn)實(shí)之路》等代表作。
彭羅斯的書(shū)《皇帝的新大腦》
彭羅斯獲獎(jiǎng)雖然出人意料，但卻是實(shí)至名歸。 這或許也是霍金沒(méi)有獲得諾貝爾獎(jiǎng)的一種補(bǔ)償。
我最近所做的研究與彭羅斯的宇宙監(jiān)視假說(shuō)直接相關(guān)。 今年，我申請(qǐng)的國(guó)家自然科學(xué)基金研究項(xiàng)目《弱宇宙監(jiān)督與強(qiáng)宇宙監(jiān)督的新探索》得到了同行的認(rèn)可，隨后獲得資助。 引力物理無(wú)疑是20世紀(jì)被忽視的一個(gè)方向，但在21世紀(jì)應(yīng)該受到越來(lái)越多的關(guān)注。 希望這次諾獎(jiǎng)能夠讓國(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)增加對(duì)引力理論和觀測(cè)的資助。
引力物理學(xué)正在從過(guò)去的隱藏科學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)槲磥?lái)的顯性科學(xué)。 這就是未來(lái)基礎(chǔ)物理學(xué)將發(fā)生重大突破甚至革命的地方。 我想這很可能是由于各種天文觀測(cè)數(shù)據(jù)的積累。 廣義相對(duì)論是愛(ài)因斯坦通過(guò)思想實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的，因此很多外行難免對(duì)其持懷疑態(tài)度。 眼見(jiàn)為實(shí)。 結(jié)果，廣義相對(duì)論在過(guò)去的一百年里一直不太受歡迎。 但隨著引力波的探測(cè)和黑洞照片的拍攝，人們?cè)谶@些證據(jù)面前不得不相信廣義相對(duì)論，于是他們大膽地開(kāi)始授予彭羅斯獎(jiǎng)，以表彰他對(duì)理論發(fā)展的貢獻(xiàn)本身。
尹章奇：
沒(méi)有人在同一領(lǐng)域連續(xù)兩次獲獎(jiǎng)。
北京理工大學(xué)物理學(xué)院量子技術(shù)研究中心教授
令人驚訝的是，去年諾貝爾獎(jiǎng)剛剛頒發(fā)給了宇宙學(xué)。 過(guò)去二十年，諾貝爾獎(jiǎng)基本上是在四個(gè)不同領(lǐng)域輪流頒發(fā)（編者注：諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)主要集中在四個(gè)領(lǐng)域——粒子物理學(xué)、天體物理學(xué)、凝聚態(tài)物理學(xué)、原子分子物理學(xué)和光學(xué)）物理）。 不存在同一場(chǎng)比賽連續(xù)兩次獲勝的情況。
彭羅斯和霍金在黑洞理論方面的工作長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是值得諾貝爾獎(jiǎng)的成就。 然而，直到 LIGO 發(fā)現(xiàn)引力波和天文學(xué)家觀測(cè)到河岸上的黑洞后，他們的理論才得到直接驗(yàn)證。
（郭科：大家都心疼霍金。） 對(duì)對(duì)對(duì)。 LIGO發(fā)現(xiàn)黑洞碰撞產(chǎn)生的引力波之后，他們勢(shì)必會(huì)獲獎(jiǎng)。
（國(guó)科：今年彭羅斯的問(wèn)題和霍金的死有關(guān)嗎？你是不是考慮到不發(fā)就堅(jiān)持不下去了……）我不知道！ 我認(rèn)為這是可能的...
彭羅斯寫(xiě)了很多科普書(shū)籍，很有影響力，比如《皇帝的新大腦》、《時(shí)空的本質(zhì)》等。 他的心思很大，比如這樣——
圖片來(lái)源丨尹章琪
石宇：
