康德說,世界上有兩件東西能震撼人們的心靈:一件是我們心中崇高的道德標準;另一件是我們頭頂上的星空。
2020年,三位科學家因發(fā)現(xiàn)了宇宙中最奇特的現(xiàn)象之一——黑洞而獲得了今年的諾貝爾物理學獎。
當所有已知規(guī)律在其中失效
一個超重的怪物,會捕獲進入其“狩獵范圍”的所有物體,連光也不能逃脫。這就是黑洞。在許多文化形式中,黑洞一詞都有其更深的含義,但對于物理學家而言,黑洞始終是巨型恒星能量自然耗盡而死亡后的產物。
上個世紀,愛因斯坦的廣義相對論顛覆了所有的有關時空的概念;奧本海默計算出了一顆大質量恒星的劇烈坍塌。但這些,一直被認為是純粹的理論推測,直到一個人,首先成功地找到了一個現(xiàn)實的解,他就是羅杰·彭羅斯他利用巧妙的數(shù)學方法表明,黑洞是愛因斯坦廣義相對論的直接預測結果,黑洞隱藏著不能被人理解的奇異之處,所有已知的自然規(guī)律在其中都停止。在愛因斯坦去世10年后這一文章被發(fā)表,被視為對廣義相對論的最重要貢獻。
答案只有一個:超大質量黑洞
賴因哈德·根策爾和安德烈婭·蓋茲各自領導著一組天文學家,成功繪制了離銀河系中心最近的最亮恒星的軌道,而這兩組都發(fā)現(xiàn):有一種看不見、卻非常重的物體,使得這些恒星在周圍以驚人的速度旋轉。
這個看不見的物體,竟然有400萬個太陽質量那么重,這究竟是什么?根據(jù)引力理論,可能的解釋只有一個——超大質量黑洞。
根策爾和蓋茲使用世界上最大的望遠鏡,通過巨型星際氣體和塵埃云看到銀河系的中心。他們擴展了技術極限,完善了新技術,補償了地球大氣層造成的扭曲,制造出的獨特儀器可被用于長期研究。他們的工作為我們提供了迄今為止最令人信服的證據(jù),表明銀河系中心有一個超大質量黑洞,同時,也為新的理論見解提供了線索。
如果有什么是永恒的?那就是未知
彭羅斯的研究告訴我們,黑洞是廣義相對論的直接結果,根策爾和蓋茲也對廣義相對論及其預測進行了精確檢驗。但在無限大的奇異性引力中,該理論不再適用??茖W家正在創(chuàng)建新的量子引力理論。這必須將物理學的兩大支柱——相對論和量子力學結合在一起,而這二者,將在黑洞的內部相遇。
“不僅是關于它們的內部結構的問題,而且還有關于如何在黑洞緊鄰的極端條件下,測試我們的引力理論的問題?!敝Z貝爾物理學委員會主席戴維·哈維蘭德表示。他認為,正是今年獲獎者的發(fā)現(xiàn),為研究緊湊和超大質量天體開辟了新天地,但是這些奇特的物體仍然向人類提出許多問題,激發(fā)著人們通過研究給出答案。
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