2020年的诺贝尔奖,今年各种意外很多,就连诺贝尔物理学奖也不例外。今年的物理学奖的奖金大约相当于760万人民币,其中一半发给了英国科学家彭罗斯,理由是他计算出黑洞的形成是广义相对论的预言;另外一半奖金由德国人赖因哈德·根泽尔和美国人安德里亚·盖兹二人平分,表彰他们在银河系中心发现了一个超大质量的紧凑型物体。
说实话,这次颁奖让业内人士也是颇感意外。其实,我看到罗杰·彭罗斯这个名字的时候,确实也有点儿兴奋,终于又在诺奖名单上看到熟人了。彭罗斯原本是个数学家,后来转向物理方面,他最大的贡献就是与霍金合作,计算出奇点在黑洞中的形成是必然的。
我给大家再简单介绍一下彭罗斯的贡献到底是咋回事。我们都知道,爱因斯坦提出了广义相对论。按照广义相对论,引力就是时空的弯曲。在广义相对论发表没多久,德国科学家史瓦西在参军当炮兵上尉期间,计算出了爱因斯坦场方程的一个特殊的解,这个解存在一个无法消除的奇点,奇点外面有一层视界面,这就是最经典的史瓦西黑洞。
但是,彭罗斯和霍金用数学改变了早期科学家们的观念,他们给出了一个严格的计算过程,他们一起用数学证明,即便是在宽泛的条件下,大质量恒星不需要完美对称,我们能观测到的大质量恒星,基本都满足条件,在塌缩的过程中,不对称性会消除,最终必定会塌缩成一个奇点。这个证明,在学术界被称为“奇点定理”。
所以,这次彭罗斯获奖,稍稍带给大家一点不一样的感觉,难道以后的风向要变?搞弦理论的爱德华·威滕有希望吗?是不是霍金的去世打动了某些人?还是前一阵子黑洞照片的问世已经让评委们信心十足了?这些恐怕就要等到50年后诺奖档案解密,才能知道真相了。
说完了彭罗斯,我们再来讲另外两位获奖者。大家知道,黑洞完全不发光,即便是存在霍金辐射,但是太微弱,以现在的技术能力是根本检测不到的。从这个意义上讲,我们其实没办法直接“看到”黑洞,只能通过观测那些只有用黑洞才能解释的现象来证实黑洞的存在。
根泽尔是德国马克斯普朗克外星物理研究所的所长,他在亚毫米波和红外线天文学方面有很大的贡献。他带领的团队观察到有一些恒星在绕着银河中心很小的一块区域疯狂地绕圈圈,但是中间却空无一物,看不见任何东西。
盖兹是一位女天文学家,她在红外线天文观测以及自适应光学方面都有贡献。在根泽尔的基础之上,她把观察精度大大推进了一步。因为她有办法抵消地球大气层对观察的干扰。盖兹可以调动凯克天文台的两台口径10米的大望远镜对银河中心进行联合观测,凯克望远镜是具有自适应光学功能的,专门用于抵消大气造成的扭曲和畸变。
所以,大家要理解一下诺奖委员会老头子们的严谨态度。这次诺奖颁发给这3个人的理由是什么呢?要知道,最近这几年,天文领域颁奖的比例很高,而研究粒子物理的科学家们眼巴巴的就是很难轮上。我想,或许有一个很大的原因是我们在2019年拍到了M87星系中心的那颗超大质量黑洞的照片。
好,这就是今年物理学奖的解读。今天的结尾感慨就一句话:说科学家傲慢的人其实并没有真正理解科学是什么。科学是到目前为止,人类最谦虚谨慎的一种思想体系,没有之一。