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黑洞研究三學者 奪物理諾獎


[2020-10-06] - 372人點閱
黑洞稱得上是人類所知的宇宙中最神秘及最強大的物體,每個星系的中心都存在着黑洞,它們的重力極強,甚至連光都無法逃逸。

來自英國牛津大學的彭羅斯利用他的數學公式,證實黑洞的形成是愛因斯坦廣義相對論預測的直接結果,德國科學家根策爾和美國科學家蓋茲則因為在銀河系中央發現超大質量天體,成為銀河系中央存在一個超大質量黑洞的證據。

三位學者憑着他們對黑洞的相關研究,讓人類更深入認識黑洞這個「超重量級怪獸」,獲頒今屆諾貝爾物理學獎,蓋茲更是歷來第四位女性物理學獎得主。

談到現代物理學便不能不談廣義相對論,它為人類提供有關重力的全新一套理論,黑洞則是廣義相對論下最神秘的產物。不過身為廣義相對論之父的愛因斯坦本人,其實並不相信黑洞存在,因為廣義相對論中推算黑洞存在的數式,假定星體及它們的黑洞都是完美的圓形及處於對稱狀態,但我們身處的宇宙卻並不完美。

天文學家在1963年發現宇宙中最明亮的物體「類星體」後,開始重新討論黑洞是否存在,因為類星體身處地球的數百億光年以外,它的光強度與數百個星系的光強度相若,在有限的體積內存在如此大量的能量,只可能是在物質跌入黑洞時所發出。

散步有靈感 靠數學算式

彭羅斯在1964年秋天一次散步中,突然回憶起他以往曾思考過「俘獲面」(trapped surface)的概念,正正是用作描述黑洞特性的重要數學工具。

俘獲面令所有射線都指向中心,利用俘獲面亦可證實黑洞中存在奇異點,所有已知的物理法則在奇異點中都不適用。

在愛因斯坦去世後10年,彭羅斯於1965年1月發表論文,透過數學算式證明黑洞確實存在,他的論文至今仍獲學界視為愛因斯坦以後,對廣義相對論的最重要貢獻。觀測銀河系超高質量黑洞雖然彭羅斯從理論上證實黑洞存在,但由於黑洞無法直接觀測,要證明黑洞實際存在,便只能靠它周邊產生的物理現象來解釋。

1990年代初,根策爾及蓋茲各自率領的團隊,用最先進的望遠鏡觀測銀河系中央一個名為「人馬座A*」的區域。

經過長達十多年的觀測,他們都發現在這個區域中,存在一個質量非常大且看不見的天體,它不斷牽扯四圍的恒星,令它們急速旋轉。

由於在該個不超過太陽系的空間中聚集了相當於400萬個太陽的質量,兩個團隊得出唯一的解釋,就是該處存在一個超高質量黑洞。

天文學家在觀測太空時,需要克服地球大氣層所造成的扭曲現象,根策爾及蓋茲兩支團隊不斷提升人類現有的技術,讓天文學家穿透層層星際物質,觀測到銀河系中心;科學家去年首次拍攝到黑洞的照片,蓋茲雖然沒有參與相關工作,她亦曾開腔表示讚揚。

諾貝爾委員會指出,黑洞仍然是有大量疑團未解的星體,例如是黑洞的內部結構,或者是在黑洞旁邊這種極限環境之下,如何應用人類有關重力的理論,並期望可激發學界未來的研究。

獎項頒發1,000萬瑞典克朗(約866萬港元)的獎金,其中一半會授予彭羅斯,另外一半則由根策爾及蓋茲平分。


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