前不久，2020年诺贝尔物理学奖揭晓，该奖项迎来了有史以来第四位女性获奖者——美国加州大学洛杉矶分校的安德烈娅·盖兹教授。她和另外两位获奖者的成就，都与宇宙中最奇特的现象“黑洞”密切相关。本年度该奖项的奖金一半颁给英国数学物理学家罗杰·彭罗斯，表彰他“发现了广义相对论预测了黑洞的形成”，他的成果为黑洞是否存在贡献了理论依据；另一半奖金由盖兹和德国天体物理学家赖因哈德·根策尔共享，表彰他们发现了位于银河系中心、控制着恒星轨道的超大质量致密天体，这一天体最有可能是黑洞，他们的成果为真实的黑洞贡献了观测依据。
或许有人会感到疑惑，宇宙中的黑洞并不像白纸上的一个窟窿那么显眼，而且银河系中心距离地球又极远，根策尔、盖兹等科学家是如何观测到的呢？这要先从黑洞的定义说起。物理学界早在18世纪就有了关于黑洞的猜想，当时的科学家在牛顿提出的光的“微粒说”基础上，根据牛顿力学定律计算推测，如果宇宙中存在一个表面引力非常强大的天体，会把组成光的粒子都紧紧吸住，让光“跑不掉”，这个天体就是绝对黑暗的。但在实验证明光是没有质量的波之后，这种猜想就显得不完善。及至20世纪，在广义相对论认为万有引力是时空弯曲的表现、会影响光的运动的理论基础上，科学界进一步猜测，宇宙中存在质量极大、体积极小的天体，形成强大的引力场，让它附近的时空极度弯曲，将吞噬一切物质，连光都无法逃离，成为绝对黑暗的“黑洞”。黑洞被称为致密天体，是因为它的密度极大，如果地球变成黑洞，在质量不变的情况下，体积将被压缩为直径1.8厘米左右的球形，真正是“纳须弥于芥子”。包括霍金在内的许多杰出科学家都曾非常好奇，黑洞究竟是真实存在，还是仅仅是理想化状态？
宇宙中的黑洞有两种成因，一种是恒星死亡后塌缩形成，这种黑洞数以亿计，质量可能相当于太阳的数倍，另一种位于星系中央，具有超大质量，它就是本届诺贝尔物理学奖获奖者所发现的。为了能够追踪到银河系中央这个“隐身侠”，科学家们采取的方法是追踪绕着这个黑洞运行的恒星发出的光线。从银河系中心发出的光子中，到达地球上的只有万亿分之一，普通的天文望远镜是什么都观测不到的，必须采用超大的射电望远镜来追踪数万光年距离外、穿过尘埃的射电辐射，通过红外波长成像来描绘银河系中心的图像。多年来，根策尔和盖兹分别带领团队，通过观测最接近银河系中心的恒星运行轨迹和运行速度，拟合得到恒星轨道参数，精确地绘制了恒星的轨道。观测发现，银河中心的一定区域以内，这些恒星“混乱地奔波”，运行速度超快，但在这个区域之外，就继续沿着它们的轨道运行，证明在它们共同运动的中心处一定存在着一个看不见但质量极大的物体，“拉动”了这些恒星，让它们靠近时“身不由己”地运动。观测表明，包括光在内的电磁辐射在逃离它的巨大引力时波长增加，这个物体的质量相当于400万个太阳，大小约相当于太阳系，对于它唯一的解释就是黑洞。
对于黑洞的研究，还远未达到终点。或许有朝一日，通过对它的研究能够进一步超越爱因斯坦的理论。盖兹女士在获奖后接受电话采访时说：“黑洞推动了我们对物质世界的理解。”
来源：今晚报
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