【快訊】你說的黑洞,是哪種黑?揭開宇宙最黑的秘密──2020 諾貝爾物理獎

2020 年的諾貝爾物理獎,一半頒給了 Roger Penrose,另一半則由 Reinhard Genzel 與 Andrea Ghez 共同獲獎。因為他們探討了宇宙最「黑」的秘密──黑洞。

Roger Penrose 發現了廣義相對論可以預測黑洞的存在。而Reinhard Genzel 和 Andrea Ghezshowed 則在我們的銀河系中心發現了超大質量的物體。

今年的諾貝爾物理獎,頒給了揭開宇宙最「黑」秘密的人。圖/諾貝爾獎官方 twitter

證明了黑洞的那個男人!

Roger Penrose 使用了非常巧妙的數學證明了愛因斯坦的廣義相對論與黑洞間的關係。愛因斯坦自己其實並不相信黑洞真的存在,而所謂的黑洞呢,不僅有超大的質量,更可以捕捉一切東西,即便是光線也無法逃脫。聽起來挺怪的吧?物理學家們也是這麼覺得的。

當年愛因斯坦提出了廣義相對論,徹底顛覆了我們對於時空的概念。而在廣義相對論發表的幾周後,出現了第一個以理論描述黑洞的內容,德國天文學家史瓦西 (Karl Schwarzschild) 透過非常複雜的數學公式解釋了為何質量超大的物體有辦法扭曲時間與空間,而現在,黑洞事件視界的大小就稱為「史瓦西半徑」。

在愛因斯坦過世後 10 年,也就是 1965 年 1 月,Penrose 證明了黑洞的存在,並且非常詳細地描述了黑洞的性質。在黑洞的中心,我們所熟知的自然法則都不再適用。這篇極具洞見的論文被視為自愛因斯坦之後,對於廣義相對論最重要的貢獻之一。

  • 關於黑洞探尋的漫漫長路,可以看()、()。
有黑洞?沒有黑洞?物理學家們曾經就此有番熱烈的討論。圖/諾貝爾獎官網

銀河系的中心,竟然有……

Reinhard Genzel 和 Andrea Ghez 從 1990 年代起,分別率領天文學團隊專注於位在我們銀河系中心,被稱為人馬座A* (Sagittarius A*) 的區域。以高解析度繪製出在銀河中央的亮星的軌道,兩個團隊發現到,在該區域中心有個非常重且隱形的物體拉著恆星旋轉,使它們移動快得異常。而在那小於太陽系的區域,聚集了大約四百萬個太陽的質量。這個隱形的物體到底是什麼呢?「超大型黑洞」是我們現在所知的唯一解釋。

Reinhard Genzel 和 Andrea Ghez 發現銀河中心似乎有很重且隱形的物體拉著恆星旋轉。圖/諾貝爾獎官網

利用世界上最大的天文望遠鏡,Genzel 和 Ghez 發展出方法看穿星際氣體與塵埃,以觀察銀河系的中心。他們擴展了技術的極限,完善了新科技、補償地球大氣造成的擾動,建造了獨特的儀器並投入長期的研究。他們的工作極具前瞻性,強力證明了在銀河系中央存在超大質量的黑洞。

雖然今年的物理學獎得主們讓我們有機會一窺宇宙最「黑」的秘密,但是,我們對於黑洞仍有許多未知,像是我們仍然不清楚它們的內部結構,另一方面,要如何在黑洞附近的極端條件下測試人類目前的重力理論,也仍然是科學家們不斷尋求解答的問題。

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