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2020-10-06 20:40
诺贝尔物理学奖公布,霍金本应有姓名

题图来自:NYT,本文来自微信公众号:爱范儿(ID:ifanr),作者:木斯


诺贝尔奖,这个旨在奖励物理、化学或医学等领域最优秀贡献者的奖项,将在国庆黄金周内逐一揭晓。


由于国外仍然受到疫情的影响,今年的诺贝尔奖取消了以往在瑞典首都举行的颁奖典礼,转为在线上直播。


但奖金的金额却有所增加——得益于诺贝尔基金会良好的年投资回报率,今年,每项诺贝尔奖的奖金均增至 1000 万瑞典克朗,相比去年增加了 100 万,总计相当于人民币 760 万元。


首批获得该奖金的人已经出现,分别为哈维·阿尔特(Harvey J. Alter),迈克尔·霍顿(Michael Houghton)以及查尔斯·M·赖斯(Charles M. Rice)三人,他们因发现了丙型肝炎病毒,荣获了今年的诺贝尔生理学或医学奖。



10 月 6 日傍晚,2020 年诺贝尔物理学奖得主也正式出炉。本次奖项与黑洞有关,其中一部分由罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)获得,以表彰他“发现黑洞的形成是对广义相对论的一次强有力预测”。


而另一半则由莱因哈特·根泽尔(Reinhard Genzel)和安德里亚·格兹(Andrea Ghez)获得,因为他们“发现了银河系中心的一个超大致密天体的存在” 。


一、为什么他们能获奖?


英国数学物理学家罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)于 1931 年出生于英国埃塞克斯州的一个医生家庭,在物理学、数学和几何学方面都做出了很多贡献,但本次他能获得诺贝尔物理学奖,与 1965 年他所撰写的论文有关。


1916 年,爱因斯坦发表了著名的广义相对论,不仅预言了引力波的存在,还认为某些大质量恒星在消亡时都会变成一个黑洞,这些扭曲的空间会捕获周围的一切,连光线都无法逃逸。



不过,爱因斯坦自己却不相信黑洞的存在,直到 1965 年 1 月,也就是爱因斯坦去世 10 年后,罗杰·彭罗斯撰写的论文,才证明了黑洞确实可以形成,同时也是爱因斯坦广义相对论的必然结果。


在他看来,黑洞的中心隐藏着一个奇点,而在这个奇点中,密度和引力都将变得无穷大,所有已知的物理规律都将失效。


诺贝尔奖委员会表示,罗杰·彭罗斯当时撰写的论文,是继爱因斯坦之后对广义相对论最重要的贡献。



值得注意的是,著名的奇点理论,是由斯蒂芬·霍金与彭罗斯一起提出的,也就是说,如果霍金仍在世的话,今年获得诺贝尔物理学奖的人,或许不会只有彭罗斯一人。


本次诺贝尔物理学奖的另一半,由德国天体物理学家莱因哈特·根泽尔和美国天文学家安德里亚·格兹获得,而格兹也是历史上第 4 位,获得诺贝尔物理学奖的女性科学家。


简单来说,他们所做的,就是找到了黑洞的存在以及它所带来的影响。


两人自 20 世纪 90 年代起,就各自率领科研小组,研究银河系中心一个名为“人马座 A*”的区域。他们发现,该区域存在一个看不见的物体,质量是太阳的 400 万倍,且拥有银河系中最强的引力场,甚至能控制四周恒星的运行轨道。



为了更好地追踪恒星的运行旅程,两支团队使用了智利、夏威夷上的巨大天文望远镜进行观测,但恒星绕行黑洞一圈需要 16 年,且 20 世纪末的技术还不足以得到精确的数据。


直到 2018 年,两支团队才找到解决方法,成功透过地球大气层,以及宇宙尘埃和气体,捕捉到将恒星释放的光线拉长的巨大黑洞,也证明银河系中心确实存在着一个超重空间。



诺贝尔物理学奖委员会主席戴维·哈维兰(David Haviland)表示:“今年的获奖者们在研究致密、超大质量天体方面都开辟了新的领域。但是,这些奇异的物体也衍生出新的问题,我们仍需要寻找答案,推动未来的研究。”


自诺贝尔物理学奖设立以来,一共有 200 多名物理学家获得了该殊荣。


2019 年,诺贝尔物理学奖颁发给 3 人,分别是詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles),米歇尔·麦耶(Michel Mayor)和迪迪埃·奎罗兹(Didier Queloz)


图片来自:Nobel


不过他们并非参与到同一个科研项目。其中,皮布尔斯是在物理宇宙学理论方面有所贡献,麦耶和奎罗兹则因发现了太阳系外第一个系外行星而获奖。


据统计,在所有诺贝尔奖中,物理学奖也是华人拿奖最多的奖项。截止到现在,一共有 6 名华人科学家获此殊荣,包括李政道、杨振宁、丁肇中、朱棣文、崔琦和高琨。


二、科学家越来越多,诺贝尔奖得主们也越来越老了


作为科学界最具声望的奖项,诺贝尔奖在正式公布前,往往不为外人所知,提名信息往往要在 50 年后才能解密,甚至连获奖者自己,都是在结果公布后那一刻才会“被告知”。


正因为这种高度的保密性,使得预测每年诺贝尔奖得主变成了一件非常困难的事。



不过,依旧有人会根据过往诺奖的评选结果,摸索出一些规律。


复旦大学物理学系教授施郁便认为,本世纪以来,诺贝尔物理学奖的获奖领域基本都在粒子物理、原子分子光物理、凝聚态物理和天体物理这 4 个领域中轮转,且目前每个领域的获奖次数基本持平。


本世纪以来的诺贝尔物理学奖成果。图片来自:施郁


2020 年 7 月,美国斯坦福大学的研究人员 John Ioannidis 还对 1995-2017 年的诺贝尔奖得主进行了梳理,发现在现有的 114 个科学领域中,有半数以上的诺贝尔科学类奖项,都集中在粒子物理学、细胞生物学、原子物理学、神经科学和分子化学这 5 个领域。


这一结果也让诺贝尔奖遭受到批评,一些人认为诺奖的评选领域过于集中,反而忽略了其它视野内的发展,以及部分科研工作者们的贡献。



另外,进入到 21 世纪后,由于技术、科研环境的快速发展,以及各国科研成果的增多,诺贝尔科学类奖项的评选范围也变得越来越大,很多科学家并不会在取得科学突破后,就马上获奖。


科学家发表成果,与获得诺贝尔奖时间间隔统计。图片来自:中国科学报


根据《中国科学报》的统计,诺贝尔科学类奖项的获奖者,从成果发表,到正式获奖,可能需要经历 10-30 年不等的时间。


图片来自:The Guardian


《卫报》的数据也显示,在 1931-1940 年,诺贝尔物理学获奖者的平均年龄仅为 41 岁,但在过去 10 年里,得奖者的平均年龄已经接近 70 岁。


这意味着,很多科学家可能要等到晚年,其研究成果才会被业界所认可。


2019 年的诺贝尔化学奖便是个很典型的例子。3 位获奖者分别在上世纪 70、80 和 90 年代推动了锂离子电池技术的发展和商用进程,可直到每个人都进入古稀之年,才获得了诺贝尔奖的垂青,可以说是一个“迟来的奖项”。


至于今年的诺贝尔物理学家,获奖三人的年龄最老已经到了 89 岁,最年轻的则是 55 岁。


因锂电池获得 2019 年诺贝尔化学奖的日本科学家吉野彰


更多科学家,在有生之年里,甚至都等不来诺奖的认可,确实令人惋惜。


正因如此,不少诺奖得主都认为,自己获奖的最大原因来自于“运气”,以及,能坚持活到可以拿到奖项的年龄。


当然,运气背后往往也有着不可否认的实力。可以肯定的是,每一位诺贝尔奖的获得者,都是愿意把做学问当作兴趣,并执着前行的人。


本文来自微信公众号:爱范儿(ID:ifanr),作者:木斯

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