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  • 长文读懂2020诺贝尔物理我和僵尸有个约会之至尊学奖:黑洞和银河系最

    发布时间: 2020-10-12 23:56首页:主页 > 科技新闻 > 阅读()
    着其接近人马座A*而增加左下:S2的径向速度会随,上的运行而逐渐下降并随其在椭圆形轨道。在我们视线上的分量径向速度是恒星速度。S2(或称S-02)右上:对其中一颗恒星,制了其完整的轨道天文学家成功绘,心的周期不到16年发现其围绕银河系中。人马座A*时该恒星最靠近,(100亿公里以上)距离仅为大约17光时。世纪九十年代但一直到二十,望远镜和更好的设备我们才有了更大的,进行更为系统的研究可以对人马座A*。rea Ghez 分别启动了各自的项目Reinhard Genzel和And,云观察银河系的中心试图透过厚厚的尘埃。研究团队一起他们和自己的,各自的技术开发和完善,投身于长期的研究构建独特的仪器并。有光线指向一个中心一个俘获面会迫使所,我和僵尸有个约会之至尊外还是向内弯曲不管表面是向。缚表面利用束,洞总是隐藏着一个奇点Penrose证明黑,和空间的边界即一个时间。度无限大奇点的密,前为止但到目,一物理学中最奇特的现象还没有理论能够解释这。曾经也不认为黑洞会真的存在广义相对论之父爱因斯坦本人。是但,去世后十年在爱因斯坦,r Penrose证明英国理论学家Roge,以形成黑洞可,它们的特征并描述了。藏着一个奇点黑洞的中心隐,在这里都不再适用所有已知自然法则。如何掌控着整个宇宙中的一切爱因斯坦的理论描述了引力。站在地球上引力让我们,轨道以及太阳绕银河系运行的轨道引力也控制着行星绕太阳运行的。从星际云中的诞生引力也促使恒星,引力塌缩下死去而最终恒星又在。曲空间并减慢时间大质量物质会弯;断和包裹空间——形成黑洞极大质量物质甚至可以切。研究表明后来的,旦形成黑洞一,件视界包围它会被事,围绕黑洞中心的物质运动该事件视界如同面纱一般。其事件视界之内黑洞永远隐藏在。越大质量,视界就越大黑洞及其。阳质量的物质对于相当于太,径大约为三公里事件视界的直;球质量的物质而相当于地,径则只有九毫米事件视界的直。年前一百,apley率先确定了银河系的中心美国天文学家Harlow Sh,人马座指向。的观测中在后来,有强大的无线电波源天文学家发现那里,源称为“人马座A*”他们把这个无线电波。纪六十年代末等到二十世,*占据了银河系中心人们发现人马座A,恒星都围绕其运行银河系内的所有。8世纪末早在1,拉斯(Pierre Simon de Laplace)就提出了“暗星”(dark star)的概念英国哲学家、数学家约翰·米歇尔(John Michell)和法国著名科学家皮埃尔·西蒙·德·拉普。都认为两人,大到让人看不见天体的密度可以,足以逃脱它们的引力因为光的速度也不。缩并形成俘获面一旦物质开始塌,没有可能停止塌缩就再也。an Chandrasekhar讲述的故事中所言正如物理学家兼诺贝尔奖得主Subrahmany,回头路没有。和其生活在水面下的幼虫他的这个故事讲的是蜻蜓。好展开翅膀时当幼虫准备,的同伴承诺它向周围,水面上的大千世界会回来向它们讲述。真的冲出水面但是一旦幼虫,般飞舞后如蜻蜓一,回不去了它就再也。水面之外大千世界的故事水中的幼虫永远无法听到。今为止最令人信服的证据这两颗恒星的轨道是迄,藏着一个超大质量黑洞证明在人马座A*中隐。估计据,太阳质量的400万倍这个黑洞的质量约为,个不比太阳系大多少的区域内而所有这些质量都挤压在一。点定理的证明进行完善时在Penrose对奇,一个中心概念俘获面成为。曲宇宙的研究中在如今有关弯,法发挥着重要的作用他所引入的拓扑方。量结果非常一致两个小组的测,洞质量应该相当于400万倍太阳质量他们得出的结论是:银河系中心的黑,阳系大小的区域内被挤压到一个太。我们如此之远这些辐射源离,几百个星系发出的光其强度甚至相当于。名为“类星体”这些天体被命。在宇宙早期就已经发出辐射的类星体天文学家很快就发现了更加遥远、。在类星体有限的体积内获得如此多的能量这种令人难以置信的辐射来自哪里?要,入巨大黑洞的物质中获取只有一种方法——从坠。对论的最奇怪结果黑洞大概是广义相。11月提出他的这个理论时当爱因斯坦在1915年,所有的时空概念它颠覆了此前。提供了全新的基础该理论为理解引力。度上塑造了宇宙引力在最大程。之后自此,的宇宙研究提供基础广义相对论为所有,导航工具——GPS中并且在我们最常用的,际应用也有实。心黑洞非常巨大M87星系的核,*的1000多倍质量是人马座A。之下相比,背后的碰撞黑洞要轻得多近年来许多引力波事件。洞一样和黑,O探测器第一次捕获引力波信号之前在2015年秋天被美国的LIG,取得该发现的科学家荣获2017年诺贝尔物理学奖)这种时空涟漪只是爱因斯坦广义相对论的理论预测(。十年来近三,Ghez一直在银河系中心的恒星群中追踪某些恒星Reinhard Genzel和Andrea 。和该进这项技术他们继续开发,器和更好的自适应光学元件采用更灵敏的数字光传感,了1000倍以上使图像分辨率提高。在现,地确定恒星的位置他们可以更精确,跟踪它们并在夜间。远的恒星要观测遥,望远镜——在天文学中就要用到世界上最大的,条绝对的真理越大越好是一。和他的团队最初使用的是新技术望远镜(NTT)德国天文学家Reinhard Genzel,拉西拉天文台位于智利的。来后,是在智利)的甚大望远镜(VLT)上他们将观测转移到位于帕拉纳尔山(也。8.2米口径的望远镜甚大望远镜拥有4台,3.58米)的两倍以上相当于新技术望远镜(,等效口径可达16米而这些望远镜的组合。或S-O2)的恒星一颗被称为S2(,绕银河系中心运行了一周在不到16年的时间内。短的时间这是非常,绘制出它的整个轨道因此天文学家能够。太阳来比较我们可以拿,圈需要超过2亿年的时间太阳绕银河系中心转一;言之换,一圈刚刚开始时当我们目前这,地球上行走恐龙还在。2002年和2018年)时右下:在最靠近人马座A*(,最高的每秒7000公恒星S2的速度达到里揭示了黑洞是广义相对论的直接推论Roger Penrose的工作,强大的引力下但在奇点无限,不再适用这个理论。在进行大量的工作理论物理学领域正,的量子引力理论以创建一个新。相对论和量子力学——结合起来这必须将物理学的两大支柱——,的极端条件下相遇并在黑洞的内部。成是一个稳定的过程为了证明黑洞的形,展用来研究相对论的方法Penrose需要扩,来解决这一理论的问题即使用新的数学概念。文章发表于1965年1月Penrose的突破性,自爱因斯坦以来至今仍被认为是,的最重要贡献对广义相对论。美国在,使用了位于夏威夷莫纳克亚山的凯克天文台Andrea Ghez和她的研究团队。径约10米的望远镜该天文台拥有两座口,大的望远镜之一是目前世界上最。像一个蜂巢每面镜片都,形的部分组成由36个六边,独控制可以单,聚焦星光以更好地。63年19,体(quasar)——的发现随着宇宙中最亮的物体——类星,问题再次浮出水面黑洞是否存在的。的时间里在近十年,座的3C273)的无线电射线感到困惑天文学家一直对来自神秘来源(如室女。位置——3C273距离地球如此之远可见光辐射最终揭示了该类星体的真实,年的时间里都在朝着地球传播以致于这些射线在超过10亿。z循着恒星的运行轨道Genzel和Ghe,系中心隐藏着一个看不见的超大质量物体提出迄今为止最有说服力的证据:银河。可能的解释黑洞是唯一。样地同,方面穿越黑洞的事件视界所有物质也只能沿一个。后然,代空间时间取,径都指向内部所有可能的路,向不可避免的终点——奇点时间的流逝将所有事物推。过事件视界如果你穿,大质量黑洞掉入一个超,任何感觉你不会有。洞的外边但是从黑,到你跌入其中没有人会看,会一直继续而你的旅程。定律范围内在物理学,部是不可能的窥视黑洞内;在它们的事件视界之内黑洞的一切秘密都隐藏。ea Ghez各自带领着一个独立的研究小组Reinhard Genzel和Andr,银河系中心区域以探索我们的。状似一张圆盘我们的银河系,10万光年直径达到,气和尘埃其中有云,亿颗恒星以及几千;是我们的太阳其中之一就。球上望去我们从地,部分来自银河系中心的可见光芒巨大的星际气体和尘埃遮挡了大。次让天文学家得以穿越这些障碍红外线望远镜和无线电技术首,系中心的恒星观测到银河。镜有多大无论望远,细节总是有限的它们所能分辨的,我们上方因为在,千米厚的大气层是将近100。周围环境的温度更高或更低望远镜上方的大气泡往往比,像透镜它们就,远镜镜面时发生折射能使光线在到达望,曲了光波从而扭。闪烁的原因这就是星星,像模糊的原因也是星空图。天文观测的改善至关重要自适应光学技术的出现对。在现,一个额外的薄镜片望远镜上都安装了,空气的湍流用以补偿,曲的图像并校正扭。400万个太阳质量那么重这个看不见的物质大约有,整个太阳系差不多但体积却和我们的。惊人的速度旋转呢?根据当前的引力理论是什么使得银河系中心附近的恒星以如此,:那就是超大质量黑洞可能的解释只有一个。最奇特现象之一——黑洞的研究三位科学家因为他们对宇宙中,诺贝尔物理学奖而共享今年的。se发明了巧妙的数学方法Roger Penro,坦的广义相对论来探索爱因斯。论如何预测了黑洞的形成他的研究揭示了广义相对。捕获一切进入其中的东西这些时空和空间的怪物会。东西任何,是光甚至,逃离黑洞都无法。星中30颗最亮的恒星研究人员追踪了这群恒。光月”的半径内移动得最快这些恒星在距离中心一个“。方面另一,沿着它们的椭圆轨道运行(图4)这一区域以外的恒星则更有序地。多年来五十,一直在怀疑物理学家,能存在一个黑洞银河系的中心可。代初发现类星体以来自从二十世纪六十年,家就推测物理学,)的内部可能存在超大质量黑洞大多数大型星系(包括银河系。是但,人能解释目前尚无,们的黑洞星系和它,何形成的到底是如。oger Penrose的一个问题黑洞是否能在现实条件下形成是困扰R。回忆道他后来,964年秋天答案出现在1,同事在伦敦散步当时他正和一位。伯克贝克学院的数学教授Penrose当时是。时停下交谈当他们暂,条小街时穿过一,现在他的脑海里一个想法突然出。晚些时候那天下午,了这个想法他回忆起,pped surface)的概念也就是被他称为“俘获面”(tra。要寻找的关键这是他一直想,要的重要数学工具也是描述黑洞所需。于广义相对论发表后的数周第一个描述黑洞的理论出现。学方程式极其复杂尽管该理论的数,zschild仍为爱因斯坦带来一个解决方案但德国天体物理学家Karl Schwar,质如何弯曲时空解释大质量物。一颗巨大的恒星在自身引力作用下塌缩时黑洞的形成 (左上) 黑洞横截面 当,质量很大的黑洞它会形成一个,视界的一切东西捕获穿越其事件。无法逃离黑洞哪怕是光都。视界中在事件,代空间时间取,径向内指所有路。最深处的奇点——在这里时间流将一切带向黑洞,无限的密度是,止于此时间也。在时间上向前和向后的路径(右下) 光锥表示光线。并形成黑洞时当物质塌缩,光锥将向内朝奇点运动穿过黑洞事件视界的。正看到光线到达事件视界外部的观察者永远不会真。看到的他们,近事件视界只是光线接。有人能看到之后的就没。rea Ghez各自带领着一群天文学家Reinhard Genzel和And,始研究银河系的中心区域从上世纪九十年代初就开。度的提高随着精确,中心最近的最亮恒星的轨道他们成功绘制了离银河系。人员都发现两组研究,但很重的物体有一种看不见,星在周围转圈促使这些恒。时间10月6日消息新浪科技讯 北京,半授予Roger Penrose2020年诺贝尔物理学奖揭晓:一,对论预测了黑洞的形成”获奖原因“发现广义相;nzel和Andrea Ghez另一半授予Reinhard Ge,中心的超大致密物体”获奖原因“发现银河系。今年的诺贝尔物理学奖三位物理学家分享了,奇异的现象之一——黑洞因为他们发现了宇宙中最。人马座A*的真面目了我们或许很快就能看到。一年前就在,到一个超大质量黑洞的图像——事实上事件视界望远镜天文网络已经成功拍摄,周围最邻近的环境我们看到的是它。女A星系(又称M87星系)中在距离我们5500万光年的室,质量黑洞构成的核心存在着一个由超大。世纪之后一个多,了广义相对论爱因斯坦发表,描述的正是这样的暗星该理论中一些方程的解。纪60年代直到20世,是纯粹的理论推测这些解都被认为,美的圆形和对称的理想状态描述了恒星及其黑洞呈完。是但,什么是完美的宇宙中没有,功地为所有坍缩物质找到了一个现实的解而Roger Penrose首先成。表达形式中都找到了新的含义“黑洞”的概念在许多文化,学家来说但对物理,演化的自然终点黑洞是巨型恒星。30年代末20世纪,heimer)首次计算出了一颗大质量恒星的剧烈坍缩物理学家罗伯特·奥本海默(Robert Oppen。划”(Manhattan Project)奥本海默后来领导了制造出第一颗的“曼哈顿计。的巨型恒星耗尽燃料时当质量为太阳许多倍,发成为超新星它们首先爆,度极高的残骸然后坍缩成密,量之大其质,一切都拉进内部以致于引力能将,包括光甚至。同时与此,来越接近黑洞天文学家也越,离地展开观测试图更近距。Ghez的开创性工作为新一代天文学家开辟了道路Reinhard Genzel和Andrea ,最奇异的预测进行精确的验证使他们能够对广义相对论及其。能为新的理论见解提供线索这些测量和验证工作很可,多的秘密和惊喜并揭示宇宙中更。
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