2020年物理诺奖精彩点评:理论研究受重视,黑洞获承认,第四位女性物理诺奖得主产生

来源:知识分子时间:2020-10-09

世界正在朝着性别更加平等的方向迅速发展。

2020年10月6日,瑞典皇家科学院宣布将2020年诺贝尔物理学奖的一半授予罗杰·彭罗斯(Roger Penrose),“以表彰他发现黑洞的形成是广义相对论的准确预言”;另一半则授予莱因哈德·根泽尔(Reinhard Genzel)和安德烈亚·季姿(Andrea Ghez),“以表彰他们发现银河系中心有一个超大质量的致密物体。”

对这一结果,多位物理学家连称意外,毕竟2019年诺贝尔物理学奖颁发的领域也是关于宇宙的研究,而最近一些年诺贝尔物理学奖颁发的数据,似乎显示出粒子物理、天体物理、凝聚态物理、原子分子及光物理四个领域轮流获奖的迹象。为何诺贝尔物理学奖会连续颁发给天体物理学领域?

另外,公众很关心的一个问题是:如果英国物理学家史蒂芬·霍金也在世,是否也应获得此次诺奖?

《知识分子》邀请物理学家们对以上问题做出评论,并分享了自己的观点。

 

诺贝尔物理学奖为何青睐天体物理?

从2017年的引力波、2019年围绕太阳系运行的系外行星,到今年的黑洞发现,天体物理在4年内三获诺奖青睐。

在国家天文台研究员、宇宙暗物质与暗能量研究团组首席科学家陈学雷看来,这几年诺奖“可能更重视科学价值和科学意义,而不是那么注重(学科)平衡感”。

瑞典理论天体物理学家、乌普萨拉大学教授本特·古斯塔夫松(Bengt Gustafsson)则认为,诺贝尔奖本身就更倾心于最有意思的发现和发明,无意于考虑选某个特定的主题或每年都会换个主题。

“据我们所知,我们临近没有任何黑洞,但是黑洞又表现出非常奇特的行为,从某种意义上来说,它们与正常的物质非常不同。所以,对于我和我的同事们来说,今年的奖项与去年的奖项完全不是一回事。”古斯塔夫松说。

在古斯塔夫松看来,这恰恰说明了在过去50多年中,天文学一直是物理学领域非常活跃和成功的一个分支,有很多新的发现和很多有趣的天体表现出奇妙的现象。

这一点,陈学雷与古斯塔夫松不谋而合。他表示,这说明天文学或者天体物理领域有很多重要成果不断涌现出来。其实今年这两位做观测的获奖者(根泽尔和季姿),他们现在还是活跃的研究者,说明这个领域还是很兴旺的。”根泽尔和季姿分别在欧洲和北美用超大望远镜观测黑洞辐射。

现年89岁的获奖者彭罗斯是一位数学物理学家,因“发现黑洞的形成是对广义相对论的有力预测”而获得2020年一半的诺贝尔物理学奖,他曾是理论物理学家霍金的师兄与合作者。

对于彭罗斯获奖,陈学雷直言“非常高兴”看到理论方面的研究受到诺奖委员会的重视。“我们知道诺奖早期对于理论研究有些保守,更倾向把奖颁给实验性、发现性的成果。但是,这几年(获诺奖的)引力波研究的Kip Thorne主要是做理论方面的工作,去年获奖的James Peebles也是做理论的,今年的彭罗斯也是做理论工作的。所以这说明诺奖委员会现在也更加认识到,理论工作不能一下子显示它对还是错,但是影响长远重大。”

 

黑洞受到了诺奖委员会的正式承认

复旦大学物理学系教授施郁在接受《赛先生》采访时表示,这次颁奖标志着黑洞受到了诺奖委员会的正式承认。“对于研究黑洞的来说,这是一个好事了,因为黑洞以前还没有给过诺奖,虽然引力波跟黑洞相关,毕竟主要是探测到引力波,这一次是第一次给黑洞,而且明确的一个是理论,一半是实验。”

不过他也表示对彭罗斯获奖比较意外。“我觉得他的工作本身还是跟物理现象的联系比较间接。爱因斯坦当初因为广义相对论都受到那么多刁难,不给他奖,现在世道不一样了。(诺贝尔物理学奖)传统来说它要有明确的实验或者解释一个明确的实验。”

那么,黑洞的发现在科学上有何意义?

国家天文台研究员陆由俊表示,“黑洞是广义相对论的这个精确预言,证明了黑洞的存在实际上也就是证实了广义相对论。”这对理解我们的宇宙,理解我们的时空非常重要,也同时表明人类对宇宙的形成演化的理解也是正确的。

据他介绍,根策尔(Reinhard Genzel)、季姿(Andrea Ghez)的研究 “是到目前为止,所能知道的天文学给出黑洞存在最精准的观测和最确切的证据”,两人花了三十多年的时间通过对银河中心黑洞附近的恒星运动长期检测,得到了它们的完整轨道,发现银河中心是一颗400万个太阳质量的黑洞。

在采访中,陆由俊表示对彭罗斯获奖感到意外,“彭罗斯从广义相对论的数学理论角度出发证明了黑洞解的稳定存在。不过最早预言黑洞存在的工作另有其人,比如奥本海默等等,但他们已经过世了。”

 

如果霍金在世,他能得诺奖吗?

国家天文台研究员、国家天文台恒星级黑洞研究创新小组负责人苟利军表示,此次的获奖者,尤其是根策尔(Reinhard Genzel)和季姿(Andrea Ghez),12年前已获得“东方诺贝尔奖”邵逸夫天文奖(2008年),其成就已被媒体和大众承认。他们的成就,一是60年代的时候从理论角度证明黑洞可能存在,二是80年代开始继续通过精确测量方式证明黑洞存在。根策尔和季姿所做的工作类似,都是精确测量星系的轨道,探测暗能量。两个团队用不同的望远镜,欧洲的VLT望远镜和美国的Keck望远镜,获得了相似的结果。

对于曾与彭罗斯一起做过研究的霍金,苟利军表示,霍金1966年博士毕业的时候,彭罗斯是他的论文答辩委员会的委员,彭罗斯可以说是霍金的老师。如果他在世,“也是有可能获奖的”,但是诺奖也是一个“比健康”的奖,身体首先要好。

古斯塔夫松评论霍金是一位“非常伟大的物理学家”。“如果他还活着,我们很可能会讨论到他。但也有区别。”他介绍说,彭罗斯很早就开始研究可能导致黑洞形成的理论,而霍金对广义相对论的结果和所谓的真正的奇点,也就是理论上(引力)的无限大,更感兴趣,而这是宇宙大爆炸理论的一部分。

“但是今天颁发的奖并不是给宇宙大爆炸的发现,而是给黑洞。史蒂芬·霍金后来也对黑洞做了研究,并在黑洞的量子效应方面开展了非常有趣的研究。但是,他的理论目前还没有被观测所证实。所以,今年没有将其作为获奖主题进行讨论。”古斯塔夫松解释说。

 

世界正在朝着性别更加平等发展

一直以来,诺贝尔奖得主中,难觅女性身影。自诺贝尔奖从1901年颁发以来,截至2019年,已有613人摘得诺贝尔科学奖,但女性得主只有19人,只占同时期获奖总人数的3%,尤其是在物理学领域。2018年和2020年的物理诺奖得主均有女性,这让不少读者评论说诺贝尔奖也在努力追赶时代的步伐。

古斯塔夫松评论说,今天的年轻科学家中有非常多的女性,包括他自己所在的物理与天文系,“女性几乎和男性一样多,其中一些女性科学家还极其优秀”。

他指出,性别平等的问题也与权力有关,因此也需要在某种程度上改变权力的分配。

季姿的获奖激励了许多人,尤其是年轻女性。“我知道季姿在很积极地推动面向年轻科学家的教学工作。积极教育培养年轻科学家是一项重要的工作,女性在其中的参与尤为重要,因为她们可以鼓舞其他女性也参与到这项事业中去。”古斯塔夫松说。

他同时认为,改变习惯需要时间。现在,改变正在发生,“我对此非常乐观”。

“世界正在朝着性别更加平等的方向迅速发展。我希望,而且我认为这是有充分证据的,未来几十年,我们会有和男性一样多的女性赢得物理学奖。”古斯塔夫松说道。

 

撰文 | 戴威 汤佩兰 王一苇 陈晓雪   感谢北京大学吴学兵老师对翻译提供的帮助。