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10月6日，2020年諾貝爾物理學(xué)獎揭曉：英國數(shù)學(xué)物理學(xué)家羅杰·彭羅斯、德國天體物理學(xué)家萊因哈德·根澤爾、美國天文學(xué)家安德烈亞·米婭·蓋茲因發(fā)現(xiàn)并證實“宇宙最黑暗的秘密”——黑洞而獲獎。
圖片來自網(wǎng)絡(luò)
諾貝爾基金會決定將獎金的一半授予彭羅斯，以表彰他“發(fā)現(xiàn)廣義相對論預(yù)測黑洞的形成”，另一半授予根澤爾和蓋茲，以表彰他們“發(fā)現(xiàn)銀河系中心的超大質(zhì)量和高密度物體”。
蓋茲是繼1903年的居里夫人、1963年的瑪麗亞-梅耶和2018年的唐娜之后，第四位獲得諾貝爾物理學(xué)獎的女科學(xué)家，也是歷史上第一位獲得諾貝爾獎的女性天體物理學(xué)家。
物理學(xué)，尤其是探索宇宙奧秘的天體物理學(xué)，一直被公眾認為是男性主導(dǎo)的領(lǐng)域，但蓋茨不這么認為。“我希望激勵其他年輕女性進入這個領(lǐng)域。這是一個有趣的領(lǐng)域。如果你對科學(xué)充滿熱情，你可以做很多事情，”她說。
圖片由加州大學(xué)洛杉磯分校提供
高中教師助力傳遞科學(xué)夢想
蓋茨1965年出生于紐約，父親來自意大利羅馬的一個猶太家庭，母親來自馬薩諸塞州北阿特爾伯勒的一個愛爾蘭天主教家庭。
十幾歲時，蓋茨曾想成為一名芭蕾舞演員，但她的夢想最終被科學(xué)點燃。她說：“我絕對是人類首次登陸月球的產(chǎn)物。我告訴媽媽，我想成為一名女宇航員。”蓋茨的母親并不認為她異想天開，而是支持她堅持夢想，鼓勵她學(xué)習(xí)科學(xué)。
她對數(shù)學(xué)和科學(xué)的熱愛可以追溯到她在海德公園的童年，當(dāng)時她對美國宇航局的阿波羅發(fā)射很著迷。她經(jīng)常熬夜凝視星空高中物理的天體，思考宇宙起源的問題：
“時間的開始和結(jié)束是什么？
宇宙的邊緣在哪里？
在已有130億年歷史的宇宙中，我們?nèi)绾慰创?0萬年前我們微小的存在？”
從芭蕾舞演員到宇航員再到天體物理學(xué)家，這個夢想確實是一次巨大的跨越，而她對數(shù)學(xué)和科學(xué)的熱愛最終轉(zhuǎn)向了天文學(xué)。“我熱愛數(shù)學(xué)，”蓋茨說，“我原本是學(xué)數(shù)學(xué)的，后來改學(xué)物理。”
在人生最重要的階段，蓋茨有幸遇到了一位影響她走上科學(xué)之路的女性榜樣——高中化學(xué)老師朱迪思·基恩。1983年，蓋茨從芝加哥大學(xué)實驗學(xué)校畢業(yè)貝語網(wǎng)校，這是一所從幼兒園到高中的學(xué)校，以其開創(chuàng)性的教學(xué)方式而聞名。在那里，高中化學(xué)老師基恩讓她對自然科學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣。基恩嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嫼屠硇缘乃季S讓她看到了女性從事科學(xué)的魅力。
芝加哥大學(xué)實驗學(xué)校徽章
“她是我唯一的女性科學(xué)導(dǎo)師，”蓋茨在 2006 年接受 PBS NOVA 采訪時談到基恩時說道。“對我來說，早期擁有一位女性榜樣非常重要。”
80 歲的基恩在周二接受媒體采訪時稱蓋茨是一位“優(yōu)秀學(xué)生”。她說：
“能教出如此特別的學(xué)生是每個老師的夢想。安德里亞的優(yōu)秀是毋庸置疑的，她特別關(guān)注自己的興趣。安德里亞對教學(xué)和指導(dǎo)學(xué)生，尤其是女孩表現(xiàn)出的濃厚興趣也讓我特別自豪。”
左邊是基恩，兩人在90年代蓋茨演講時合影。
照片由芝加哥大學(xué)實驗學(xué)校網(wǎng)站提供
在男性主導(dǎo)的物理學(xué)領(lǐng)域奮斗
蓋茨在以男性為主的天體物理學(xué)領(lǐng)域工作，她從阿梅莉亞·埃爾哈特等強大女性身上尋求靈感。“你必須有強烈的自我意識，才能相信在這個領(lǐng)域工作是可以的，”她說。
諾貝爾物理學(xué)獎主席戴維·哈維蘭德表示：“今年獲獎?wù)叩陌l(fā)現(xiàn)為致密和超大質(zhì)量物體的研究開辟了新領(lǐng)域。但這些奇異物體仍引發(fā)了許多需要解答的問題，并推動著未來的研究。不僅關(guān)于它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還包括如何在黑洞附近的極端條件下測試我們的引力理論。”
彭羅斯利用巧妙的數(shù)學(xué)方法探索了愛因斯坦的廣義相對論。他的研究揭示了廣義相對論如何預(yù)測黑洞的形成。這些空間和時間的怪物會捕獲進入其中的一切。任何東西，甚至光，都無法逃脫黑洞。根澤爾和蓋茲發(fā)現(xiàn)，銀河系中心有一個看不見的、極重的物體控制著恒星的軌道。超大質(zhì)量黑洞是唯一已知的解釋。
1987年，蓋茨獲得麻省理工學(xué)院物理學(xué)學(xué)士學(xué)位，1992年獲得加州理工學(xué)院博士學(xué)位，師從杰里·諾伊格鮑爾。自1994年起，她一直擔(dān)任芝加哥加州大學(xué)洛杉磯分校教授。
蓋茲因其關(guān)于恒星形成和銀河系中心黑洞的革命性發(fā)現(xiàn)而在科學(xué)界廣為人知。20 世紀(jì) 90 年代初，她證明了宇宙中的大多數(shù)恒星都是同時誕生的，因此大多數(shù)太陽系都有兩個“太陽”，而不是一個。大多數(shù)恒星系統(tǒng)都是雙星系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)意味著我們不能再使用單太陽系統(tǒng)作為恒星誕生的模型。
資料來源：加州大學(xué)洛杉磯分校：恒星軌道揭示黑洞的位置
她對黑洞的執(zhí)著迷戀促使她加入了加州大學(xué)洛杉磯分校 (UCLA) 的教職員工隊伍。在過去十年中，蓋茲和她的天文學(xué)家團隊 (UCLA 銀河中心小組) 使用世界上最大的望遠鏡觀測距離地球 25,000 光年的銀河系中心。
他們首創(chuàng)的“自適應(yīng)光學(xué)”技術(shù)可以變形望遠鏡的鏡面以補償?shù)厍虼髿鈱釉斐傻呐で瑥亩┩妇薮蟮男请H氣體和塵埃云，生成比以前分辨率高 10 到 30 倍的銀河系中心圖像。
他們以更高的精度成功繪制了銀河系中心最亮恒星的軌道，強烈暗示我們銀河系的核心是一個巨大的黑洞，其質(zhì)量是太陽的三百萬倍。
蓋茲指出，發(fā)現(xiàn)這個巨大的黑洞引發(fā)的問題比答案還多。所有星系的核心都有巨大的黑洞嗎？中心黑洞周圍是什么——一群較小的黑洞？暗物質(zhì)暈——有質(zhì)量但不發(fā)光的物體？這些問題的答案可以幫助科學(xué)家解決一些激發(fā)蓋茲童年想象力的宇宙學(xué)謎題。
作為研究人員，蓋茨享有選擇自己科研課題的自由。在設(shè)計實驗時高中物理的天體，她首先會問自己一個問題：目前最有趣的問題是什么？我能在哪些方面做出貢獻？
她說：“如果我有了一個好主意，那么我就能夠奢侈地去實現(xiàn)它。”
正是這種研究與教學(xué)之間的平衡使她的職業(yè)生涯如此充實，她感到有責(zé)任鼓勵對物理感興趣的年輕女性“去追求”，獲得研究經(jīng)驗并在數(shù)學(xué)和普通科學(xué)方面打下堅實的基礎(chǔ)。
蓋茨發(fā)現(xiàn)，接觸更多人的最好方式就是教學(xué)。研究是一項孤獨而長期的工作，只有同事才能充分欣賞；研究雖然可以解決問題，但要花很多年才能知道你是否問對了問題。教學(xué)可以得到即時反饋。她說，根據(jù)學(xué)生的表情，她可以知道當(dāng)天自己教得好不好。
當(dāng)蓋茲還是加州理工學(xué)院的博士生時，她去說服管理層，年輕物理學(xué)家缺乏足夠的女性榜樣，她的存在可以鼓勵年輕女性從事天體物理學(xué)事業(yè)，盡管研究生不被允許教授大一物理課程。這就是她進入教學(xué)界的初衷。她對學(xué)生的關(guān)心和對教學(xué)的投入為她贏得了學(xué)生的欽佩，他們授予她加州理工學(xué)院教學(xué)獎，該獎項通常只頒發(fā)給教師。
為了幫助學(xué)生消除對物理的恐懼并促進他們的學(xué)習(xí)，蓋茨甚至在考試和講座中使用動畫片。
雖然蓋茨如今是加州大學(xué)洛杉磯分校的教授，但她仍然熱愛教授本科課程。她在學(xué)校擔(dān)任講師時曾說：“在這里我能發(fā)揮出自己最大的潛力，并證明女性也能從事物理科學(xué)研究。”
蓋茨不遺余力地鼓勵女性加入天體物理學(xué)領(lǐng)域。她甚至還為3-5年級的兒童寫了一本書——《你可以成為一名女宇航員》。在書中，她描述了自己一生中遇到的挑戰(zhàn)，對挑戰(zhàn)的熱愛如何幫助她成為一名科學(xué)家，以及她如何利用哈勃望遠鏡等設(shè)備研究宇宙（尤其是恒星的誕生）。她還用簡潔易懂的語言向孩子們介紹了一些天體物理學(xué)概念，例如波長和光年。
除了教學(xué)、公開演講、參加國際天體物理學(xué)會議、從事天體物理學(xué)研究、撰寫提案和發(fā)表研究成果外，蓋茨還是兩個孩子的母親。
在接受媒體采訪時，當(dāng)被問及如何應(yīng)對角色變化和壓力時，她說：“你扔出的球要比你能接住的要多，成功的人知道哪些球該接，哪些球該丟。”
參考：
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