江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

环球科学诺贝尔物理学奖揭晓授予黑洞研究！霍金或与诺奖擦肩而过


环球科学诺贝尔物理学奖揭晓授予黑洞研究！霍金或与诺奖擦肩而过
本文插图
刚刚 ， 2020年诺贝尔物理学奖揭晓 。 英国理论物理学家罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）与德国天文学家赖因哈德·根策尔（Reinhard Genzel）、美国天文学家安德莉亚·盖兹（Andrea Ghez）分享了今年的奖项 。 其中 ， 彭罗斯因为发现黑洞的形成是对广义相对论的有力预测而被授予诺贝尔物理学奖；根策尔与盖兹的获奖理由是他们在人马座A*区域发现了一个银河系中央的超大质量黑洞 。 值得一提的是 ， 斯蒂芬·霍金与彭罗斯合作完成了奇点理论等工作 ， 但霍金于2018年去世 ， 因而可能遗憾错过了诺贝尔奖 。
环球科学诺贝尔物理学奖揭晓授予黑洞研究！霍金或与诺奖擦肩而过
本文插图
罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）是英国理论物理学家 ， 1931年出生 。 他在1965年提出了用以显示恒星如何坍塌形成黑洞的数学方法 。 他与史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）合作 ， 证明了如果爱因斯坦的广义相对论正确 ， 那么将有一个奇点 ， 一个无限密度和时空曲率的点 ， 其中时间在会有一个起始点 。 彭罗斯（Penrose）曾与史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）因奇点理论的工作共同获得了沃尔夫物理学奖 。
彭罗斯（Penrose）在扭转空间理论方面有着杰出的贡献 ， 该理论致力于解决时空几何问题 。 现在他是牛津大学数学系的名誉教授 ， 并且著有几本有关空间 ， 时间和现实本质的书籍 。
环球科学诺贝尔物理学奖揭晓授予黑洞研究！霍金或与诺奖擦肩而过
本文插图
赖因哈德·根策尔（Reinhard Genzel）于1952年出生于德国 ， 现工作于美国加利福尼亚州的马克斯·普朗克地外物理学研究所 。
环球科学诺贝尔物理学奖揭晓授予黑洞研究！霍金或与诺奖擦肩而过
本文插图
【环球科学诺贝尔物理学奖揭晓授予黑洞研究！霍金或与诺奖擦肩而过】
安德莉亚·盖兹（Andrea Ghez）于1965年出生于美国 ， 现工作于美国加利福尼亚大学 。 她也成为继玛丽·居里（1903年）、玛丽亚·格佩特-梅耶（1963年）和唐娜·斯特里克兰（2018年）之后 ， 第四位荣获诺贝尔物理学奖的女性 。
1972年 ， 彭罗斯为《科学美国人》撰写文章：《黑洞必然存在》 ， 本文收录于《环球科学》黑洞专刊 。 在这篇半世纪之前的文章中 ， 彭罗斯明确提出：对于某些天体来说 ， 黑洞是它们命中注定的归宿 。
撰文?罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）
翻译?钱磊
在大约五十亿年内 ， 太阳会通过热核反应消耗掉过多的氢元素 ， 演化为一种叫做红巨星的恒星 。 恒星理论预言 ， 太阳的直径将增大到现在（1 392 000千米）的250倍 ， 并在此过程中吞没水星和金星 ， 甚至还有可能吞没地球 。 到那时 ， 太阳的物质密度只有空气的十分之一 。 （现在太阳的平均密度是地球密度的五分之一 。 ）
随着太阳消耗掉越来越多可用的核燃料（除了氢 ， 还有氦和更重的元素） ， 太阳的膨胀过程将反转 ， 收缩到比当前还小 ， 直径变为现在的百分之一 ， 大约相当于地球的大小 。 之后 ， 它将演化为白矮星 ， 停止收缩 。 在这一阶段 ， 原子中的电子会聚集得非常紧密 ， 致使量子力学中的一个规律开始发挥作用 ， 产生一种强到足以阻止太阳进一步收缩的等效压强 。 这个规律就是泡利不相容原理 ， 该原理指出 ， 没有两个电子可以占据同一个能量状态 。 此时 ， 太阳的密度将变得非常大 ， 一个填满太阳物质的乒乓球的质量就相当于好几头大象 。 接下来 ， 太阳将一直冷却下去 ， 直至抵达最终的死亡状态 ， 成为一颗黑矮星 。
地球上任何物质的密度都远远小于白矮星 。 不过 ， 天文学家在宇宙中观测到了很多白矮星（和红巨星） 。 它们是太阳这类最普通的恒星演化历史的一部分 。 此外 ， 恒星演化为白矮星的理论和观测结果非常一致 。 然而 ， 并非所有恒星都遵循这个“正常的”演化路径 。 1931年 ， 苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）在研究恒星结构时发现 ， 白矮星存在一个最大质量 。 超过这个质量 ， 白矮星就无法抵抗进一步的引力收缩 。 指向恒星中心的引力甚至会压倒电子由于泡利不相容原理而产生的压力 。 这个最大质量极限不比太阳质量大多少 。 钱德拉塞卡最初得到的极限大约是1.4倍太阳质量 ， 后来的计算给出了更小的值 。 而我们观测到的许多恒星质量都要大于1.5倍太阳质量 ， 它们的最终命运会是怎样的呢？


推荐阅读


上一篇：香港两黑帮凌晨酒吧殴斗 导致1死3伤

下一篇：S10全球总决赛|被JKL暴打后，Deft心态炸了！向韩媒吐露心声：输了都是因为我