10月6日，2020年诺贝尔物理学奖揭晓。其中一半奖励给罗杰·彭罗斯（Roger Penrose），因为他“发现黑洞的形成是对广义相对论的有力预测”，另一半则授予莱因哈德·根泽尔（Reinhard Genzel）和安德里亚·盖兹（Andrea Ghez） ，因为他们“在银河系的中心发现一个超大质量的紧凑物体”。三位物理学家共享了今年的诺贝尔物理学奖，因为他们发现了“银河系最黑暗的秘密”——黑洞。

超越爱因斯坦的突破

2019 年 4 月 10 日，人类首张黑洞照片面世，这是人类获得关于黑洞的第一个直接视觉证据，证实了爱因斯坦广义相对论在极端条件下仍然成立。

该黑洞位于室女座一个巨椭圆星系 M87 的中心，距离地球 5500 万光年，质量约为太阳的 65 亿倍。它的核心区域存在一个阴影，周围环绕一个新月状光环。

广义相对论之父爱因斯坦本人曾经也不认为黑洞会真的存在。这种超大质量的物体会捕获所有进入它们的物体，甚至没有光可以从黑洞中溢出。

但是，在爱因斯坦去世后十年，英国理论学家罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）发明了巧妙的数学方法，来探索爱因斯坦的广义相对论。他的研究揭示了广义相对论如何预测了黑洞的形成，证明黑洞总是隐藏着一个奇点，即一个时间和空间的边界，也就是说在那里，所有已知的自然法则都停止了。一旦物质开始坍缩并形成俘获面，坍缩就再也没有可能停止。不少学者认为，罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）的开创性论文是爱因斯坦以来对广义相对论最重要的贡献。

2020年诺贝尔物理学奖的另两名获奖者，莱因哈德·根泽尔（Reinhard Genzel）和安德里亚·盖兹（Andrea Ghez）提供了迄今为止证明黑洞存在的最令人信服的证据。

他们各自带领着一群天文学家，从上世纪九十年代初就开始研究银河系的中心区域，并利用世界上最大的望远镜，开发出了一种测量方法，可以穿透星际气体和尘埃组成的巨大云团看到银河系的中心。随着精确度的提高，他们成功绘制了离银河系中心最近的最亮恒星的轨道。两组研究人员都发现，有一种看不见但很重的物体，促使这些恒星在周围转圈。

这个看不见的物质大约有400万个太阳质量那么重，但体积却和我们的整个太阳系差不多。是什么使得银河系中心附近的恒星以如此惊人的速度旋转呢？根据当前的引力理论，可能的解释只有一个：那就是超大质量黑洞。

各方对此有何评价？

诺贝尔物理学委员会主席戴维·哈维兰德（David Haviland）对3位科学家给予高度评价，“2020年诺贝尔物理学奖颁给了宇宙中最奇特的现象之一”。

哈维兰德还表示，“3位科学家的研究开辟了新领域，但这些奇特的物体仍然留下了许多疑问。为了寻求答案，我们需要进行更多的研究，不仅关于它们内部结构的问题，还关于如何在黑洞的极端条件下测试我们的引力理论的问题”。

中国天文学会会员、《天文爱好者杂志》副编审李良在接受记者采访时表示，黑洞是爱因斯坦广义相对论中预言的天体，由于黑洞的引力十分强大，就连速度最快的光进入黑洞之中都会被吸收，所以根据光学研究，黑洞是不存在的。许多研究人员也认为，黑洞仅仅是一种“跃然纸上”的天体。但是，彭罗斯的研究证明了黑洞的存在，这是具有开创性的。

李良指出，黑洞导致银河系中几千亿颗恒星围绕着银河系的中心而存在，从而形成一个星系。根泽尔与格兹二人的研究提供了最能够令人信服的证据，表明银河系中心有一个超大质量的黑洞。

数百年来，人们一直在努力研究黑洞。对于黑洞为何如此重要的原因，李良表示，人们希望通过研究黑洞，而更多的了解宇宙起源和演化。当我们生活在地球上，与其他人共同仰望着同一片星空时，我们便对宇宙有了更多的遐想。2020年诺贝尔物理学奖获奖者为人类对天体物理的研究开辟了新领域，算得上“实至名归”。

未解的谜题

罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）的工作揭示了黑洞是广义相对论的直接推论，但在奇点无限强大的引力下，这个理论不再适用。理论物理学领域正在进行大量的工作，以创建一个新的量子引力理论。这必须将物理学的两大支柱——相对论和量子力学——结合起来，并在黑洞的内部的极端条件下相遇。

与此同时，天文学家也越来越接近黑洞，试图更近距离地展开观测。莱因哈德·根泽尔（Reinhard Genzel）和安德里亚·盖兹（Andrea Ghez）的开创性工作为新一代天文学家开辟了道路，使他们能够对广义相对论及其最奇异的预测进行精确的验证。这些测量和验证工作很可能为新的理论见解提供线索，并揭示宇宙中更多的秘密和惊喜。