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霍金好友獲諾貝爾物理學獎,曾一起研究黑洞,為什麼霍金沒獲獎?

北京時間10月6日下午6點左右,2020年諾貝爾物理學獲獎者揭曉。經過諾貝爾委員會宣佈,2020年諾貝爾物理學獎分為兩部分,一部分授予羅傑 · 彭羅斯( Roger Penrose),另一部分授予萊因哈特 · 根澤爾 (Reinhard Genzel)和 安德里亞·格茲(Andrea Ghez ),以此表彰他們在黑洞方面所做出的貢獻。

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其中獲獎者彭羅斯相信大家都很熟悉,他的名字經常出現在有關黑洞、奇點的一些雜誌上,而且他還是霍金的合作伙伴,霍金初期的一些工作都是與彭羅斯一起完成的。

說到這裡,大家都很好奇為什麼霍金沒有獲獎呢?因為說起黑洞,斯蒂芬·霍金的名氣似乎比彭羅斯還要大。

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為什麼彭羅斯他們會獲獎?

彭羅斯在物理學、數學和幾何學方面都做出了很多貢獻,但他本次獲得諾貝爾物理學獎的原因是與他1965年撰寫的《引力坍塌與時空奇點》的這篇論文有關。

在1916年,愛因斯坦提出了廣義相對論,不僅預言了引力波的存在,而且還認為某些大質量恆星在消亡時都會變成一個連光都無法逃脫的黑洞,但是這個結論愛因斯坦自己都不相信。

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直到彭羅斯用巧妙的數學方法證明了黑洞是廣義相對論的直接結果,並對其進行了詳細的描述,才證明了黑洞的真實存在。

因此諾貝爾獎委員會認為羅傑·彭羅斯所撰寫的《引力坍塌和時空奇點》是繼愛因斯坦的廣義相對論之後最重要的文獻,頒發了諾貝爾獎以表彰他發現黑洞的形成是廣義相對論的有力預測結果。

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萊因哈特 · 根澤爾和 安德里亞·格茲的重要貢獻是發現了銀河系中心的黑洞——人馬座A*,所以授予了他們諾貝爾獎。

霍金和彭羅斯曾共獲英國皇家天文學會愛丁頓獎章(1975年),並分享過1988年沃爾夫物理學獎(因為彭羅斯-霍金奇點定理)。

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為什麼諾貝爾得獎者沒有霍金呢?

事實上,黑洞的發現與霍金是沒有什麼必然聯絡的,要說起聯絡那也是愛因斯坦和史瓦西,愛因斯坦在牛頓引力理論的基礎上創造出了自己的愛因斯坦引力理論,而史瓦西在此理論上推測出了黑洞。

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2019年4月10日,人類第一張黑洞照片的公佈這也與霍金沒有半點關係,霍金輻射(黑洞會因輻射而損失質量)只是存在於理論之中,儘管霍金一生也在致力於研究黑洞,但他最突出的貢獻就是提出了霍金輻射,建立了彎曲時空量子論的合併性理論。

之前還有人問過霍金有可能獲得諾貝爾獎嗎?霍金卻回答說“我的理論只是與黑洞有關,而諾貝爾獎是頒發給被證實的理論,所以沒法把諾貝爾獎頒給我”,由此我們也可以看出霍金的豁達樂觀。

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通常情況下諾貝爾獎一般不會連續兩年頒給同一領域,除非有突發事件發現,比如像希格斯玻色子和引力波這樣的。

但就在去年,諾貝爾物理學剛剛頒給了宇宙學和天體物理方面的宇宙微波背景輻射和系外行星探測,而今年卻又頒給了宇宙學和天體物理學——黑洞研究,雖然這一直都是眾望所歸的,因為黑洞研究者們已經等待太久了,但確實有點不可思議。

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黑洞理論的發展其實是一個相當曲折的歷程。

雖然廣義相對論一經提出就受到了熱議,但在當時幾乎所有人都認為牛頓的經典物理學已經夠用了,廣義相對論解釋的只是牛頓經典物理學無法解釋的特殊情況,比如當物體達到光速、恆星的質量達到太陽的幾億倍時的情況等等。

只有在這些極端情況下,廣義相對論才可以運用,因此廣義相對論剛開始的時候經歷了一段很長“冷落期”。

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隨著牛頓的萬有引力被廣泛研究之後,米歇爾提出了一個極端情況:如果恆星的質量足夠大,它就會變成一個黑洞,不過這個理論並沒有得到關注。

後來透過愛因斯坦的廣義相對論,發現恆星會將光向自身的方向吸引,然後在此基礎上進行延伸,史瓦西出現了,他透過廣義相對論計算得出一個結論:如果有一顆星球的質量足夠大,它就能將光線吸引住,並導致黑洞產生。

然而當時卻並沒有人相信,甚至連史瓦西都不相信自己的結論,都懷疑是廣義相對論出現了問題。直至類星體的發現,才讓物理學家不得不接受了“黑洞是真實存在的”,廣義相對論與黑洞理論也經歷了被忽略、被懷疑,最終到達了被接受的一個過程。

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