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霍金“老搭档”摘得诺奖桂冠 《盗梦空间》的无尽楼梯就是他的“玩票”发明
作者:admin    发布于:2023-07-25 20:44   

 

  当地时间10月6日,2020年诺贝尔物理学奖揭晓。瑞典皇家科学院决定,将2020年诺贝尔物理学奖一半授予罗杰·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”。另外一半授予莱因哈德·根泽尔(Reinhard Genzel)和安德里亚·格兹(Andrea Ghez),因为两人在银河系中心发现了一个超大质量的致密天体。

  事实上,随着今年物理学奖黑洞“吸纳”全部荣光,多位科学界人士纷纷感叹史蒂芬·霍金的逝去。霍金是第一个提出由广义相对论和量子力学联合解释的宇宙论理论之人,而他与本次诺奖得主之一的罗杰·彭罗斯曾共同合作提出在广义相对论框架内的彭罗斯-霍金奇性定理。这份深厚的研究友谊,再次让世人瞩目。

  据悉,现年89岁的彭罗斯来自英国,是一名数学物理学家、数学家和科学哲学家。他在牛津大学担任名誉数学教授和研究员,也是剑桥大学圣约翰学院一名名誉研究员。

  根据瑞典皇家科学院当天在线上新闻发布会上的声明,彭罗斯之所以获奖,是因为他“发明了巧妙的数学方法,探索了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。

  在当今世界的科学理解中,黑洞的一大特征是中心藏着一个密度无限大的点,叫奇点。然而,在上个世纪60年代,学术界却对奇点的存在深表怀疑。在他们眼里,出现无限大,意味着预言黑洞存在的广义相对论有什么地方错了。

  然而,彭罗斯与霍金在黑洞研究中引入拓扑学,从数学上严格证明:在广义相对论框架内,每个黑洞内部必然藏有一个密度无限大的奇点;要想让黑洞中心不出现奇点,是不可能的。这一结论被称为黑洞的“彭罗斯-霍金奇性定理”。

  最令人惊讶的是,奇性定理具有很强的普适性,适用于一切现实中坍缩的恒星。这就打消了一些物理学家的念头,彭罗斯和霍金因此项贡献共同获得1988年的沃尔夫物理学奖。

  他的父亲莱昂内尔·彭罗斯是一位颇有建树的精神病学家和遗传学家,叔叔霍兰德爵士是伦敦现代艺术研究院的联合创始人。外祖父约翰·贝雷斯福德·里瑟斯是一名生理学家。彭罗斯还有两位兄弟,一位是理论物理学家奥利弗,另一位是曾在英国十次夺冠的国际象棋大师乔纳森。

  在2009年一次采访中,彭罗斯曾说,他的家庭教育非常严格,甚至“连阅读小说都不被允许,反正在周日肯定不行”。彭罗斯对父亲印象最深的是,他的工作与娱乐之间没有界限,经常会亲手为孩子和孙子们制作拼图和玩具,寓教于乐。

  从学生年代,彭罗斯就在科学领域崭露头角,1955年,他以更明确的形式给出了与穆尔等价的广义逆矩阵定义,自此,广义逆矩阵的研究进入了历史新阶段,并在数理统计、系统理论、优化计算和控制论等多领域中都发挥重要作用。1957年,在剑桥大学获得博士学位后,彭罗斯又先后推出了扭量理论、时空几何、宇宙审查和自旋网络理论。

  当然,彭罗斯更为世人所津津乐道的,还是那个就算铺满世界图案也不会重复的“彭罗斯瓷砖”,以及《盗梦空间》中多次出现寓意满满的“彭罗斯楼梯”。

  然而,据彭罗斯自己透露,他小时候数学其实不太好。8岁时,他在加拿大读书,课堂上,老师要求学生们在非常短的时间内完成心算,而他总是掉队,结果,老师不得不把他调到另外一个班,而那里的学生做计算不受时间限制。

  彭罗斯说,那时候的他,一般会用别人两倍的时间完成计算,但最终还是能取得好成绩。

  1978年,根泽尔在波恩大学获得物理学和天文学博士学位,并在波恩的马克斯·普朗克射电天文学研究所撰写了一篇射电天文学论文。自1986年以来,根泽尔一直在马克斯·普朗克天体物理研究所担任主任。从那时开始,他和他的团队一起着手研究银河系中心。

  在得知他荣获诺贝尔物理学奖之后,根泽尔的秘书告诉《南德意志报》说,这个奖项对于他们研究所来说,是“一个极大的荣幸”。在那之后,办公室的电话一直没停,研究所还计划为根泽尔获奖举行新闻发布会。研究所一名发言人表示,这次获诺奖“真是令人惊讶”。

  同样因为获奖而感到震惊及荣幸的,还有来自美国的格兹。今年55岁的她,是该奖项有史以来的第四位女性得主。

  “我希望我能激励其他年轻女性加入这个领域的研究,”格兹在今日的新闻发布会连线时说道,“这是一个充满许多乐趣的领域,如果你对科学饱含热情,那可以大有作为。”

  根泽尔和格兹一起,使用世界上最大的望远镜,透过由星际气体和尘埃组成的巨大云团,看到了银河系的中心。从20世纪90年代初开始,他们的开创性工作就一直在进行。其结果是,他们找到了迄今为止最令人信服的证据,证明黑洞就位于我们宇宙的中心。

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