爱因斯坦不信的广义相对论暗中面，就在银河系中心

10月6日，2020年诺贝尔物理学奖花落三位黑洞发明者：罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）、莱因哈德·根泽尔（Reinhard Genzel）和安德里亚·格兹（Andrea Ghez）。

 

三位获奖者因发明白这一宇宙中最怪异的现象，将得到1000万瑞典克朗奖金（约合760万人民币）。个中，彭罗斯因“发明黑洞形成是广义相对论的坚硬预言”拥有一半孝敬，根泽尔和格兹则因“发明我们银河系中心有一个超大质量致密天体”而分享另一半。

 

诺奖官网新闻稿用“黑洞和银河系中最暗中的奥秘”来形容本年的获奖成就。诺贝尔物理学奖委员会主席大卫·哈维兰（David Haviland）暗示：“本年获奖者们的发明为致密和超大质量天体的研究开发了新天地。可是，这些奇异天体仍有很多待解之谜，鼓励将来研究。不只有关于它们内部布局的问题，尚有如安在黑洞四周的极度条件下检讨我们的引力理论。”

 

罗杰·彭罗斯于1931年出生于英格兰埃塞克斯，1957年博士结业于英国剑桥大学，现为英国牛津大学数学系W. W. Rouse Ball名望传授。他在数学物理方面的事情对广义相对论与宇宙学方面具有高度孝敬，曾以彭罗斯·霍金奇点理论与霍金共享1988年沃尔夫物理学奖。

 

莱因哈德·根泽尔于1952年出生于德国巴特洪堡，1978年博士结业于德国波恩大学，现为马普地外物理所所长、美国加州大学伯克利分校传授。

 

安德里亚·格兹1965年出生于美国纽约，1992年博士结业于美国加州理工学院，现为美国加州大学洛杉矶分校传授。

 

逾越爱因斯坦

 

1915年11月，爱因斯坦的广义相对论横空出世，它从最大标准上描写我们的宇宙，颠覆了以往所有的时间和空间观念。广义相对论为人类领略引力奠基了新的基本，也成为了从此所有宇宙学研究的基石。宇宙中的一切事物都受到引力的节制：引力把我们牢靠在地球上；引力节制着行星环绕太阳、太阳又环绕着银河系中心；引力促成恒星生于星际云，又死于引力坍塌。重质量使空间弯曲，令时间流逝变慢。

 

而一个很是重的质量甚至可以切出一块空间形成黑洞——就在爱因斯坦将巨大的数学方程组颁发数周之后，德国天体物理学家卡尔·施瓦茨柴尔德就在一战的东线炮火中算出一个极其独特的解。

 

一旦黑洞形成，它就会埋没在本身的事件视界之内，能吞噬进入视界的一切，包罗光。质量越大，事件视界就越大，假如黑洞质量与太阳相当，视界直径约为3公里。

 

这个观念其实并不新奇。早在18世纪末，英国哲学家、数学家John Michell和法国科学家Pierre Simon de Laplace就认为天体可以变得极其浓密，连光速都不敷以逃离它们的引力。厥后，物理学家们也普遍认为当大质量恒星寿命走向止境，产生超新星爆炸，然后就会坍缩成极其致密的残骸。

 

不外，爱因斯坦本人并不相信这种质量惊人的怪物真的存在。在彭罗斯之前的这些办理方案都被视为抱负条件（恒星和黑洞都是正球体、完全对称）下的纸上谈兵。

 

究竟，宇宙没有对象是真正“完美”的，而彭罗斯是第一个乐成在不抱负的条件下给呈现实办理方案的人。

 

1965年1月，在爱因斯坦归天10年后，彭罗斯证明白黑洞确实可以形成，并举办具体描写。这篇开创性的文章至今被视作爱因斯坦之后对广义相对论的最重要孝敬。

 

俘获面是个单向道

 

为了证明黑洞的形成是一个不变的进程，彭罗斯需要成长广义相对论的研究要领，也就是用新的数学观念来办理理论问题。