2020 年诺贝尔物理学奖授予黑洞相关研究，如何解读三位获奖者的贡献？
要理解他们的工作有多么了不起，咱们得先对黑洞有个基本概念。黑洞不是真的“洞”，而是一个引力极其强大的区域，连光都无法逃脱。它的核心是一个叫做“奇点”的密度无限大的点，而我们所熟知的事件视界，就是那个“不归点”。
罗杰·彭罗斯爵士：打开黑洞数学之门的先行者
彭罗斯教授是这次诺贝尔奖中理论物理的代表。他的贡献，主要在于证明了黑洞的形成是广义相对论的必然结果。
在彭罗斯之前，人们对黑洞的理解更多停留在爱因斯坦的理论框架内，但具体是如何形成，以及奇点的存在意味着什么，这些问题都还笼罩在迷雾之中。爱因斯坦自己对奇点的概念就感到不安，认为它可能是广义相对论在极端情况下的失效。
彭罗斯在1965年发表的一篇划时代的论文，就像一把钥匙，为我们解开了这个谜团。他巧妙地运用了“奇点定理”，这是一种非常精妙的数学工具。简单来说，他证明了，在宇宙中，如果存在一定量的物质，并且这些物质在引力的作用下发生坍缩，那么最终一定会形成一个奇点。而且，这个奇点会被事件视界包裹起来，成为我们今天所说的黑洞。
你可以想象一下，就像一个房间里，如果条件满足了，那么无论你怎么折腾，最终都会有一个角落变成无法摆脱的黑暗。彭罗斯的定理就说明了，在宇宙的物理法则下，黑洞的形成是不可避免的。他的工作为后来科学家们对黑洞的深入研究打下了坚实的理论基础，也让黑洞从一个理论上的可能性，变成了宇宙中真实存在的天体。
莱因哈德·根策尔和安德烈亚·盖兹：用望远镜捕捉黑洞的证据
如果说彭罗斯是打开黑洞数学之门的智者，那么根策尔教授和盖兹教授就是用望远镜揭开黑洞神秘面纱的侦探。他们的贡献，在于发现了位于银河系中心超大质量黑洞的强有力证据。
在他们的研究之前，天文学家们虽然怀疑在星系中心可能存在巨大的引力源，但一直缺乏确凿的证据来证明那是一个黑洞。尤其是银河系的中心，那里被大量的尘埃和气体遮挡，直接观测非常困难。
根策尔教授和他的团队，从上世纪90年代开始，就致力于利用欧洲南方天文台的望远镜，长时间、高精度地观测银河系中心的恒星运动。他们发现，在银河系中心区域，有一群恒星围绕着一个看不见的质量中心以极高的速度旋转。这些恒星的轨道非常特殊，它们在围绕着一个极其致密的区域运动，而这个区域的质量估计达到了太阳质量的几百万倍。
与此同时，盖兹教授和她的团队也独立地进行了类似的研究，他们使用了位于夏威夷的凯克天文台。他们也同样发现了银河系中心恒星的异常运动，并独立地得出了银河系中心存在一个超大质量致密天体的结论。她的团队甚至比根策尔教授的团队更早地发现了这一现象的细微之处，并对恒星的运动进行了更精细的分析。
这两位科学家的工作，就像是在黑暗中摸索，然后突然抓住了关键线索。他们通过精确测量恒星的轨道，推算出那个看不见的“引力中心”质量巨大，而且体积非常小。这样的天体，除了超大质量黑洞，几乎没有其他可能的解释。他们的工作提供了强有力的观测证据，将黑洞从理论推测拉到了现实的观测层面，让我们确信，在银河系的中心，确实隐藏着一个吞噬一切的巨兽。
总结一下这三位科学家的贡献：
彭罗斯爵士：提供了黑洞形成的数学证明，奠定了理论基础。他告诉我们，黑洞并非只是一个猜想，而是宇宙自然规律的必然产物。
根策尔教授和盖兹教授：提供了银河系中心超大质量黑洞存在的观测证据。他们用望远镜揭示了隐藏在尘埃背后的真相，让我们看到了黑洞在现实宇宙中的具体存在。
可以说，彭罗斯教授的研究为黑洞的理论大厦打下了坚实的基石，而根策尔教授和盖兹教授的观测则是在这座大厦的地基上，实实在在地建造起了证明黑洞存在的宏伟纪念碑。他们的工作相互印证，共同推动了我们对宇宙中最神秘天体之一——黑洞的认知进入了一个全新的时代。这次诺贝尔奖的颁发，是对他们卓越贡献的最好肯定，也激励着更多科学家去探索宇宙的未知边界。
网友意见
“作为第四位女性诺贝尔物理学奖获得者，我将非常郑重地承担起我的责任。我希望我能够激励更多的年轻女性进入这个领域。这是一个充满乐趣的领域，如果你对科学充满激情，你还有很多事情可以去做。”——安德烈娅·吉兹
2020年10月6日晚，天文圈子再次沸腾了。出乎所有人意料的是，诺贝尔物理学奖又双叒颁给了天文。从17年的引力波，到19年的宇宙学和系外行星，再到20年的黑洞形成理论和超大质量黑洞，四年中一共有9位天文学家斩获这项科学界最高荣誉。
今天，我们注意到了一位特殊的获奖者，她就是安德烈娅·吉兹。她是第四位女性诺贝尔物理学奖获得者，也是第一位获此殊荣的女天文学家。
从1903年居里夫人因放射性现象获奖，到了1963年，我们才有了第二位女性获奖者——因原子核壳层模型获奖的玛丽亚·格佩特-梅耶。2018年，唐娜·斯特里克兰因高强度激光成为第三位女性获奖者。时间仅仅过去了两年，我们就迎来了第四位女性诺贝尔物理学奖获得者，也是第20位女性诺贝尔科学奖获得者、第54位女性诺贝尔奖获得者——因对超大质量黑洞的观测而获奖的安德烈娅·吉兹。
1974年，诺贝尔物理学奖授予脉冲星的发现，却忽略了其第一发现人乔瑟琳·贝尔·伯内尔，这成为诺贝尔奖史上最大的丑闻之一，愤懑不平的人们更是称其为“NoBell Prize”。如今，随着第一批接受高等教育的女性成为科学界的元老级人物，诺贝尔奖终于开始向她们敞开怀抱。可以预见，今后女性会越来越多地在科技舞台上发挥自己的作用，这些先驱们也会激励更多的后继者成为我们中的一员。
“银心超大质量致密天体”
因为“在我们的银河系中心发现了一个超大质量的致密天体”，UCLA的吉兹与UCB的赖因哈德·根策尔分享了2020年诺贝尔物理学奖的一半。
他们分别领导研究小组对银河系中心最明亮的恒星进行成像，并且不断地提高精度。这两个小组使用世界上最强大的望远镜，透过数光年的星际气体和尘埃，聚焦于银心的恒星轨道。他们的独立测量指出，一个极大的不可见天体正在牵引着周围的恒星，使它们在围绕银心的轨道上急速狂奔。
瑞典皇家学会的公告中宣称，他们的工作“给了我们关于银河系中心超大质量黑洞的目前为止最确定的证据”。
黑洞的魅影——飞速旋转的恒星
2019年7月，《科学》杂志发表了吉兹团队的一篇文章，这是在银心超大质量黑洞附近，对爱因斯坦广义相对论进行的最全面的检验。“至少到目前为止，爱因斯坦是对的。”但是他们仍然在继续进行检验，因为该理论无法完全解释黑洞中的引力。
吉兹研究了超大质量黑洞附近的3000多颗恒星。黑洞的密度极高，所以没有任何东西可以逃出它们的引力吸引，甚至包括光。绝大部分星系中心似乎都有一个超大质量黑洞。
“获得诺贝尔物理学奖，我倍感兴奋和荣幸。”UCLA星系中心组组长吉兹说，“诺贝尔委员会今天垂青的这项研究，是UCLA星系中心轨道计划的科学家，以及加州大学建设的凯克天文台相结合的完美产物。”
“我们有着前沿的工具和世界级的研究团队，这两者的结合使获得发现的过程极其有趣。我们对于宇宙如何运行的理解仍然十分不完备。诺贝尔奖是一项殊荣，但是我们需要学习的还有很多。”
爱因斯坦的广义相对论对引力的机制进行了最佳的描述。“但是他的理论肯定显示出了不足之处，”吉兹在2019年说，“为了解释黑洞是什么，在某一时刻我们会需要一些超出爱因斯坦理论的、更加成熟的引力理论。”
她在《科学》杂志上发文仅仅不到两个月之后，她的研究小组又在APJL上报告了令人惊讶的新发现，超大质量黑洞正在以惊人的食量吞噬星际气体和尘埃——而他们还不理解为什么会这样。
“我们在研究超大质量黑洞的24年中，从没见过这样的景象，”这次她说，“它通常是一个相当安静的黑洞，似乎正在节食。我们不知道是什么驱动了这场盛宴。”
2020年1月，她的研究小组报告了一种奇异的新天体——看起来像气体，表现却像恒星。这种天体位于银河系中心，距离超大质量黑洞不远。
强大的光学成像技术
1998年，吉兹回答了天文学中最重要的问题之一——协助发现了银河系中心的超大质量黑洞。这个问题在长达近30年中一直是天文学家争论的焦点问题。
吉兹协助发展了一项强大的前沿技术，也就是主动光学。这项技术可以通过计算激光在大气层中受到的扰动，来在观测中实时改正地球大气的扰动效应，从而在地面获得接近衍射极限的极高空间分辨率。这使得我们的银河系中心成为探索黑洞及其在宇宙演化中的基本角色的实验室。
通过在凯克望远镜使用主动光学技术，他们在银心获得了很多出乎意料的发现，比如本不该存在的年轻恒星，以及本该大量存在却很少见的年老恒星。
2000年，她的团队第一次观测到超大质量黑洞附近的恒星加速。2003年，她的团队报告了银心黑洞的大幅增强，同时所有的已有猜测都被排除了。2005年，他们在凯克望远镜第一次拍摄了银心的清晰图像，包括黑洞周围的区域。
“想要成为第一个登月的女宇航员”——人生经历和所获奖项
1987年，在MIT获得学士学位，起初攻读数学，后来转向物理。
1992年，在加州理工获得Ph.D.学位，导师是红外天文学先驱格里·诺伊格鲍尔。
1994年，获得安妮·坎农天文学奖。
1996年，获得帕卡德研究基金。
1998年，获得美国天文学会牛顿·莱西·皮尔斯天文学奖。
1999年，获得美国物理学会玛丽亚·格佩特-梅耶奖。
2004年，获得赛克勒奖和金盾学院学术卓越奖，并被选为美国国家科学院院士。
2004年，被《发现》杂志列为在相关专业融会贯通的20个美国顶尖科学家之一。
2007年，获得马克·阿伦森纪念讲师职位。
2008年，获得麦克阿瑟研究基金。
2012年，获得克拉福德奖，并被选为瑞典皇家科学院院士。
2015年，获得皇家学会巴克瑞安奖章。
2019年，获得牛津大学荣誉自然科学博士学位，并被选为美国物理学会会员。
2020年，被选为美国天文学会会员，并获得诺贝尔物理学奖。
他人评价
2019年，美国国家科学基金会天文科学部门主任，理查德·格林说：“对这种重要的基础性问题进行测量，需要数年如一日的耐心观测，还要有完美的科技使之成为可能。”
2019年，凯克天文台台长希尔顿·里维斯说：“安德烈娅是凯克望远镜最热情、最顽强的用户之一。经过20年的持续积累，她最新的突破性研究揭开了银河系中心超大质量黑洞的神秘面纱。”
诺贝尔物理学奖委员会主席戴维·哈维兰说：“今年的获奖者的发现开辟了超大质量致密天体研究的新天地。但是这些奇异的天体仍然存在很多问题，等待未来的研究来解答，包括它们的内部结构，以及如何在黑洞近邻的极端条件下检验我们的引力理论。”
UCLA校长吉恩·布洛克说：“UCLA为吉兹教授的成就感到十分骄傲，包括这个超乎寻常的荣誉。她的工作揭示了宇宙的秘密，可以帮助我们更好地理解这个宇宙，令我们印象深刻。”
MIT物理学院院长彼得·费舍尔说：“安德烈娅·吉兹和赖因哈德·根策尔做了有史以来最酷的事情之一——他们显示了银河系中心围绕黑洞旋转的恒星，而这些恒星渺小到不能用望远镜来观测。在我教授相对论的时候，我总是用他们的视频来展示这个过程——这是一个思考黑洞的极好方式，也显示了做出伟大科学成果所需的极大耐心。”
MIT自然科学学院院长、柯蒂斯和凯斯琳·马布尔天体物理学教授，内加尔·玛瓦尔瓦拉说：“我们现在真正地知道了这些巨兽生活在大部分星系的中心。在安德烈娅的整个职业生涯中，她都是一个令人惊叹的科学家和教育家，是女性和女孩们的楷模。现在，作为诺贝尔奖获得者，她的开创性科学研究和她的故事一定会传播得更远，激励新一代年轻女性勇敢追求她们的自然科学事业。”
参考资料 https://newsroom.ucla.edu/releases/andrea-ghez-wins-2020-nobel-prize-in-physics https://www.washingtonpost.com/science/2020/10/06/nobel-prize-physics/ https://news.mit.edu/2020/andrea-ghez-shares-2020-nobel-prize-physics-1006 https://www.nobelprize.org/prizes/lists/nobel-prize-awarded-women/ https://en.wikipedia.org/wiki/Andrea_M._Ghez 类似的话题
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