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【特刊】“黑洞”获诺奖意外吗?

2020/10/19
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原来是这样 Dscience

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左文文
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旭东:就2020年诺贝尔物理学奖颁发给黑洞研究的背景、意义以及获奖者的贡献进行探讨。 左文文:首先对诺奖结果表示意外,但细想也合乎情理,因为获奖研究具有原创性,拓展了人类对黑洞的认知。诺奖连续两年颁给天体物理学领域实属罕见,但去年关注的是宇宙学极大和系外行星极小,今年关注的是黑洞的极致密,两者侧重点不同。 彭罗斯的工作主要在理论层面,他基于广义相对论,用数学几何的方式证明了黑洞的形成是自然的,这与史瓦西的工作有所不同,史瓦西证明了黑洞的存在,而彭罗斯证明了黑洞的形成过程。彭罗斯的工作还拓展到其他领域,例如旋转黑洞的能量提取机制、彭罗斯镶嵌等,体现了他独特的几何思维。 根泽尔和盖兹的工作主要在观测层面,他们通过红外望远镜和自适应光学技术,对银河系中心区域进行了长达20多年的观测,最终确认了超大质量致密天体的存在。他们利用恒星(如S2星)的运动轨迹,类似于计算太阳质量的方法,计算出了银河系中心黑洞的质量。 关于银河系中心黑洞照片的拍摄,其难度大于M87黑洞照片,因为银河系中心黑洞较小,光变时标更短,数据处理难度更大。 黑洞可根据质量分为恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞,但分类并非严格,且不同类型黑洞的形成机制可能不同。超大质量黑洞的形成机制仍是未解之谜,可能并非仅仅是恒星级黑洞的逐渐合并,宇宙早期的一些超大质量黑洞的形成速度难以解释。 研究黑洞对于理解宇宙的起源和演化至关重要,因为黑洞的质量与星系的质量存在关联,类星体作为活跃的黑洞,也为研究宇宙历史提供了重要的线索。 左文文:2020年诺贝尔物理学奖授予黑洞研究人员在意料之外,但也在情理之中,因为其研究具有原创性,并拓展了人类认知。 诺贝尔物理学奖连续两年颁发给天体物理学领域,打破了以往的常规,但今年的研究侧重点与去年不同,去年关注宇宙学极大和系外行星极小,今年关注黑洞的极致密。 2020年诺贝尔物理学奖可分为两部分,一部分表彰彭罗斯对黑洞形成的理论贡献,另一部分表彰根泽尔和戈兹对银河系中心超大质量致密天体的观测贡献。 诺贝尔奖委员会用“致密天体”而非“黑洞”来描述银河系中心的天体,体现了其严谨性,因为只有直接观测到才能确定其为黑洞。银河系中心黑洞照片的公布,将有助于将“致密天体”的描述改为“黑洞”。 罗杰·彭罗斯在1965年发表的论文,基于广义相对论,用数学几何的方式证明了黑洞的形成是自然的。这与史瓦西的工作有所不同,史瓦西证明了黑洞的存在,而彭罗斯证明了黑洞的形成过程。彭罗斯的工作还拓展到其他领域,例如旋转黑洞的能量提取机制、彭罗斯镶嵌等,体现了他独特的几何思维。 根泽尔和盖兹通过红外望远镜和自适应光学技术,对银河系中心区域进行了长达20多年的观测,最终确认了超大质量致密天体的存在。他们利用恒星(如S2星)的运动轨迹,类似于计算太阳质量的方法,计算出了银河系中心黑洞的质量。 关于银河系中心黑洞照片的拍摄,其难度大于M87黑洞照片,因为银河系中心黑洞较小,光变时标更短,数据处理难度更大。 黑洞可根据质量分为恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞,但分类并非严格,且不同类型黑洞的形成机制可能不同。超大质量黑洞的形成机制仍是未解之谜,可能并非仅仅是恒星级黑洞的逐渐合并,宇宙早期的一些超大质量黑洞的形成速度难以解释。 研究黑洞对于理解宇宙的起源和演化至关重要,因为黑洞的质量与星系的质量存在关联,类星体作为活跃的黑洞,也为研究宇宙历史提供了重要的线索。

Deep Dive

Chapters
本部分探讨了2020年诺贝尔物理学奖颁发给三位黑洞研究学家的事件。嘉宾左文文老师分享了其个人感受,并分析了该奖项的合理性及与以往诺奖的差异,同时也引发了关于黑洞照片的讨论。
  • 2020年诺贝尔物理学奖颁发给了三位黑洞研究领域的科学家。
  • 该奖项的颁发在一定程度上出乎意料,但也符合诺贝尔奖对物理学领域原创性和认知拓展的要求。
  • 该奖项打破了诺贝尔物理学奖在物理学子领域轮流颁发的常规。

Shownotes Transcript

2020年诺贝尔物理学奖近日揭晓,三位物理学家因为其黑洞方面的研究获此殊荣。三人分别提出了哪些重要理论和发现?银心致密天体又是如何被发现的与证实的?黑洞研究为什么具有如此重要的地位和意义?特别嘉宾:上海天文台副研究员、北京大学天体物理学博士左文文