揭露宇宙最黑暗的秘密：黑洞——2020诺贝尔物理学奖

当地时间10月6日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2020年诺贝尔物理学奖的一半授予罗杰·彭罗斯（Roger Penrose），另一半授予雷因哈德·根泽尔（Reinhard Genzel）和安德里亚·格兹（Andrea Ghez），以表彰他们“发现了宇宙中最奇特的现象之一——黑洞”。他们将分享1000万瑞典克朗的奖金（约合人民币760万元）。

根据诺贝尔网站消息，罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）证明了黑洞的存在，而雷因哈德·根泽尔（Reinhard Genzel）和安德里亚·格兹（Andrea Ghez）发现银河系中心有一个超大质量的黑洞。

当大质量恒星到演化终点，首先引发超新星爆炸，接着塌缩成非常致密的黑洞，其引力强大到连光都逃不出去。要产生黑洞，必须把太阳压缩到3公里小。黑洞是宇宙中最奇特的物体，连爱因斯坦都不相信它真的存在。而 罗杰·彭罗斯（Roger Penrose） 发明了精巧的数学方法来演绎广义相对论，并推论出黑洞的形成和性质。他在1965年所发表的论文，对广义相对论有极重要的贡献。

罗杰·彭罗斯（Roger Penrose） 提出囚陷曲面这个描述黑洞的数学工具，在其内的光线都指向黑洞中心。借此他证明黑洞中心存在奇异点，时间和空间都会在此消失，而已知的物理定律都无法适用。一旦穿越黑洞的事件视界就不能回头，随着时间流逝所有东西都将掉进奇异点。在广义相对论中，时间和引力有着密切关系，对在地球上的人来说，脚底下时间的流逝比头顶慢一兆分之一秒（GPS定位就是根据此原理）。当你跨越超大质量黑洞的事件视界，并不会有奇怪的事情发生，但事件视界外的人将觉得你花无限久的时间跨越。我们无法看穿事件视界，黑洞的内部将被它遮住。

　　图说（左）：当大质量恒星因为自身的引力塌缩形成黑洞，所有经过事件视界的东西都会被抓住，连速度最快的光线也无法逃脱。在事件视界，时间取代空间，随着时间流逝，所有的东西将被带向靠近黑洞中心的奇异点。奇异点的密度无限大，时间和空间在此终结。图说（右）：光锥顶点代表现在，箭头指向代表时间方向，而固定时间的平面代表的是空间。未来光锥的范围，是指光从现在起可以传播的范围。由于物体移动不会超过光速，因此其移动的轨迹都包含在光锥的范围里。理论预期当物质塌缩形成黑洞，在事件视界内的光锥其时间方向指向黑洞中心。事件视界外的观察者，只能见到光线慢慢往事件视界推进而不会到达。

虽然无法看穿黑洞，但我们可借由观测它的强大引力对附近恒星运动的影响，来了解它的性质。 雷因哈德·根泽尔（Reinhard Genzel）和安德里亚·格兹（Andrea Ghez） 各自带领的研究团队，利用红外线波段来穿透众多星际气体和尘埃，并使用大口径望远镜，对银河系中心的人马座A进行长期的研究。追踪银河中心的亮星运动轨迹，发现在离中心约1光月的地方，有看不见的大质量物体，拉着恒星快速绕转。其中一颗星（S2）花16年绕转银河系一圈，提出可靠证据，显示在人马座A附近有超大质量黑洞，约4百万倍太阳质量，挤在仅太阳系尺度的空间里。他们持续不断的研发和精进技术，制造独特的仪器，例如提高感光元件的灵敏度、根据大气扰动自动校正镜面等，使解析度提高了上千倍，得以精确决定恒星的位置。

雷因哈德·根泽尔（Reinhard Genzel）和安德里亚·格兹（Andrea Ghez） 的前瞻性研究，开创了新一代验证广义相对论的方法。

今年的诺贝尔物理奖，揭露了宇宙最黑暗的角落。这是一个全新的开始，当我们望向黑洞的视界，大自然会向我们揭露更多的惊喜。

“鬼”是古人想象当中的怪物，从西周的《礼记·祭义》就有鬼的记载：众生必死，是必归土，此之谓鬼。随着宗教的发展，“鬼”成为了一种具象化产物，在中外宗教当中，人死后，要么成仙（天堂）要么成为孤魂野鬼（地狱）。

我们都知道“鬼”是一种迷信产物，但是从古至今就有不少“见鬼”传闻，一旦偶遇“鬼”，往往就会遇到传说当中的鬼打墙，在民间说法当中，是“鬼”蒙蔽了人的双眼，那么鬼打墙是否存在呢？一位英国科学家就将“鬼”和“鬼打墙”证实了出来。、

关于鬼的假说很多，发现双螺旋DNA结构的科学家弗朗西斯·克里克在1976年开始研究脑科学，他发现大脑神经之间的突触会进行信息交流，他就在《惊人的假说：对灵魂的科学研究》当中提出灵魂存在神经细胞当中。

除此之外，亚利桑那大学的斯图亚特·汉姆拉夫用量子力学解释灵魂，但这些都只是猜测，没有人知道灵魂是不是真的存在，但是鬼打墙或许是真的存在。

罗杰·彭罗斯，是英国有名的数学家，他的父亲是著名的人类遗传学家莱昂内尔·彭罗斯，两人提出了很多有趣的观点，其中最著名的就是时空弯曲产生黑洞，除此之外，他还提出了著名的数学悖论彭罗斯阶梯。

所谓的彭罗斯阶梯，是一种永远走不到尽头的阶梯，它始终都会一直向上或者向下，彭罗斯阶梯没有所谓的最高点，也没有所谓的最低点，但是彭罗斯阶梯并不存在于三维空间，它属于更高级的空间当中。

它跟莫比乌斯环、克莱因瓶都属于同一种理论，想要在三维空间制造这些东西是不太可能的，但是这种有趣的理论常常会被用在**当中，《盗墓空间》和《鬼吹灯》当中“悬魂桥”就用了彭罗斯阶梯理论。

荷兰画家莫里茨·埃舍尔对这种理论也非常感兴趣，他在他的石版画“攀高和下行”就充分利用了“彭罗斯阶梯”，他的石版画其实就是让人造成一种视觉性错觉，而“鬼打墙”的原理也一样。

大部分的见鬼案例，往往都是发生在阴暗的环境下，光线越是昏暗，越是容易引发“鬼打墙”，因为任何生物的本能运动都是圆周运动，之所以能够走直线是因为双眼在修正目标，但要是失去方向感，人不管怎么走，最终都会形成一个3千米的圆圈，

而3千米的圆圈太大，迷失方向感的人根本不知道自己无意当中在重复地走圆圈，所以就造成了“鬼打墙”事件。像是古代的风水术士，很早就掌握了这种简单的科学，在建造帝王陵墓的时候，往往会标记一些迷惑人双眼的标志物。

人在晚上一旦踏入，就会迷失方向，久而久之，自然就传出了鬼打墙。古代的迷魂阵也是利用了人的视觉，在遭遇鬼打墙时，只需要给他一个手电筒，照亮前方的路，就有可以轻松破解“鬼打墙”。

2020年10月6日，瑞典皇家科学院决定授予罗杰·彭罗斯、莱因哈德·根泽尔、安德里亚·格兹3人2020年诺贝尔物理学奖。三位获奖者都因研究宇宙中最奇特的现象之一“黑洞”而获奖。

罗杰·彭罗斯证明了相对论的一般理论可以解释黑洞的形成，并且使用巧妙的数学方法来证明。爱因斯坦本人并不认为黑洞确实存在，这些超重的怪物会捕获进入它们的所有物体，没有什么可以逃脱，甚至连光也无逃脱。

1965年1月，爱因斯坦去世十年后，罗杰·彭罗斯证明了黑洞确实可以形成并对其进行了详细描述。在他们的中心，黑洞隐藏着一个奇异之处，所有已知的自然规律都在其中停止了。自爱因斯坦以来，他开创性的文章仍被视为对广义相对论的最重要贡献。

莱因哈德·根泽尔和安德里亚·格兹各自领导着一组天文学家，自1990年代初以来，他们一直专注于银河系中心一个名为射手座A 的区域。最接近银河系中部的最亮恒星的轨道，已经可以用更高的精度来绘制。这两组的测量结果一致，都发现了一个非常重的，看不见的物体（黑洞），它拉动恒星的混乱。

莱因哈德·根泽尔和安德里亚·格兹使用世界上最大的望远镜，开发出了独特的方法，可以通过巨大的星际气体和尘埃云看到银河系的中心。他们扩展了技术的极限，完善了新技术，以补偿地球大气层造成的变形，制造独特的仪器，并致力于长期研究。他们的开创性工作为我们提供了迄今为止最令人信服的证据，表明银河系中心有一个超大质量的黑洞。

“今年的获奖者的发现，为紧凑和超质量物体的研究开辟了新领域。”诺贝尔物理学委员会的戴维·哈维兰德表示：“但还有许多问题值得研究，不仅关于它们内部结构的问题，而且还有关于如何在黑洞紧邻的极端条件下测试我们的引力理论问题。”

罗杰·彭罗斯，1931年生于英国科尔切斯特， 1957年获得英国剑桥大学博士学位，现为英国牛津大学教授。

莱因哈德·根泽尔，1952年出生于德国巴特洪堡。1978年获得德国波恩大学博士学位，现为德国加兴马克斯·普朗克外星物理研究所所长，美国伯克利加州大学教授。

安德里亚·格兹1965年出生于美国纽约市。1992年从美国帕萨迪纳市加利福尼亚理工学院获得博士学位，现为美国加利福尼亚大学洛杉矶分校教授。

奖项金额： 1000万瑞典克朗，其中一半奖励给罗杰·彭罗斯，另一半共同奖励给莱因哈德·根泽尔和安德里亚·格兹。

罗杰·彭罗斯（Roger Penrose），1931年（辛未年）出生于英国埃塞克斯州的一个医生家庭。他的爸爸是著名的人类遗传学家莱昂内尔·彭罗斯，罗杰·彭罗斯先进入伦敦大学的附属中学，而后进入伦敦大学学院。

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罗杰·彭罗斯 and Wolfgang Rindler, Spinors and Space-Time: Volume 1, Two-Spinor Calculus and Relativistic Fields, Cambridge University Press, 1987 (reprint), ISBN 0521337070 (paperback)

罗杰·彭罗斯 and Wolfgang Rindler, Spinors and Space-Time: Volume 2, Spinor and Twistor Methods in Space-Time Geometry, Cambridge University Press, 1988 (reprint), ISBN 0521347866 (paperback)

罗杰·彭罗斯, The Emperor's New Mind: Concerning Computers, Minds, and The Laws of Physics, Oxford University Press, 1989, ISBN 0-14-014534-6 (paperback)

罗杰·彭罗斯, Shadows of the Mind: A Search for the Missing Science of Consciousness, Oxford University Press, 1994, ISBN 0-19-853978-9 (hardback)

史蒂芬·霍金 and 罗杰·彭罗斯, The Nature of Space and Time, Princeton University Press, 1996, ISBN 0691037914 (hardback), ISBN 0691050848 (paperback)

罗杰·彭罗斯, The Large, the Small, and the Human Mind, (with Abner Shimony, Nancy Cartwright, and Stephen Hawking), Cambridge University Press, 1997, ISBN 0-521-56330-5 (hardback), ISBN 0-521-65538-2 (paperback), Canto edition: ISBN 0-521-78572-3

罗杰·彭罗斯, The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe, Jonathan Cape, London, 2004, ISBN 0224044478 (hardcover), ISBN 0099440687 (paperback)