張夢然

2020年，三位科學(xué)家因發(fā)現(xiàn)了宇宙中最奇特的現(xiàn)象之一——黑洞而獲得了今年的諾貝爾物理學(xué)獎。羅杰·彭羅斯的研究表明，相對論理論有力預(yù)測了黑洞的形成;賴因哈德·根澤爾和安德里亞·蓋茲則發(fā)現(xiàn)，一個隱形且極重的物體，控制著我們銀河系中心恒星的軌道，而超大質(zhì)量黑洞則是目前唯一已知的解釋。

當(dāng)所有已知規(guī)律在其中失效

一個超重的怪物，會捕獲進(jìn)入其“狩獵范圍”的所有物體，連光也不能逃脫。這就是黑洞。在許多文化形式中，黑洞一詞都有其更深的含義，但對于物理學(xué)家而言，黑洞始終是巨型恒星能量自然耗盡而死亡后的產(chǎn)物。

20世紀(jì)，愛因斯坦的廣義相對論顛覆了所有的有關(guān)時空的概念;奧本海默計算出了一顆大質(zhì)量恒星的劇烈坍塌。但這些，一直被認(rèn)為是純粹的理論推測，直到羅杰·彭羅斯首先成功地找到了一個現(xiàn)實的解。他利用巧妙的數(shù)學(xué)方法表明，黑洞是愛因斯坦廣義相對論的直接預(yù)測結(jié)果，黑洞隱藏著不能被人理解的奇異之處，所有已知的自然規(guī)律在其中都會停止。

答案只有一個：超大質(zhì)量黑洞

賴因哈德·根策爾和安德烈婭·蓋茲各自領(lǐng)導(dǎo)著一組天文學(xué)家，成功繪制了離銀河系中心最近的最亮恒星的軌道。而這兩組天文學(xué)家都發(fā)現(xiàn)：有一種看不見卻非常重的物體，使得這些恒星在它周圍以驚人的速度旋轉(zhuǎn)。這個看不見的物體，竟然有400萬個太陽質(zhì)量那么重，這究竟是什么？根據(jù)引力理論，可能的解釋只有一個——超大質(zhì)量黑洞。

根策爾和蓋茲使用世界上最大的望遠(yuǎn)鏡，通過巨型星際氣體和塵埃云看到銀河系的中心。他們擴(kuò)展了技術(shù)極限，完善了新技術(shù)，補(bǔ)償了地球大氣層造成的扭曲，制造出的獨特儀器可被用于長期研究。他們的工作為我們提供了迄今為止最令人信服的證據(jù)，表明銀河系中心有一個超大質(zhì)量黑洞，同時，也為新的理論見解提供了線索。

如果有什么是永恒的？那就是未知

彭羅斯的研究告訴我們，黑洞是廣義相對論的直接結(jié)果，根策爾和蓋茲也對廣義相對論及其預(yù)測進(jìn)行了精確檢驗。但在無限大的奇異性引力中，該理論不再適用?？茖W(xué)家正在創(chuàng)建新的量子引力理論。這必須將物理學(xué)的兩大支柱——相對論和量子力學(xué)結(jié)合在一起，而這二者，將在黑洞的內(nèi)部相遇。

“不僅是關(guān)于它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的問題，而且還有關(guān)于如何在黑洞緊鄰的極端條件下，測試我們的引力理論的問題?！敝Z貝爾物理學(xué)委員會主席戴維·哈維蘭德表示。他認(rèn)為，正是2020年獲獎?wù)叩陌l(fā)現(xiàn)，為研究緊湊和超大質(zhì)量天體開辟了新天地，但是這些奇特的物體仍然向人類提出許多問題，激發(fā)著人們通過研究給出答案。

（選自2020年10月6日《科技日報》，本刊有刪改）