諾貝爾物理學獎公佈，咱聊聊黑洞～_風聞

一年一度的諾貝爾物理學獎終於塵埃落定，很多人覺得今年有點冷門，不過我倒是覺得實至名歸。

本次諾貝爾物理學獎由三位科學家一起分享。

而獲獎理由都是和黑洞有關！ 分別是：

羅傑·彭羅斯：發現黑洞的形成是廣義相對論的有力預測。

萊茵哈德·根策爾與安德烈婭·蓋茲：在我們的星系中心發現了一個超大質量緻密天體。

當時看到這個新聞我還是比較感慨的。一是讚歎他們堅持不懈的科研精神，二是對諾貝爾獎委員會感到十分佩服。

這次三位獲獎者，彭羅斯已經90歲了，他曾經是和霍金一起研究黑洞的。現在，霍金已經仙去，可以説，彭羅斯就是黑洞理論研究領域全世界最權威的人。黑洞物理學已經錯過了霍金，如果彭羅斯也錯過，這不得不説將是一大遺憾！

因此，這也是我佩服諾貝爾獎委員會的原因，人家並不是一幫老學究，而是一羣非常睿智的科學家。

包括2017年的諾貝爾物理學獎頒給探測到引力波的LIGO天文台，也是光速頒獎的。LIGO在2016年宣佈探測到兩個黑洞合併發出的引力波，然後2017年就獲獎了！

另外兩名獲獎者不是搞理論的，是搞觀測的。他們的貢獻是對銀河系中心的黑洞進行了長達20年的跟蹤研究，這種毅力確實真的敬佩。

最終，他們發現，銀河系中心的某一小塊看不見的區域，周圍竟有很多恆星圍繞着做高速運動。有人可能覺得，這就是重複勞動，換個搞天文的博士生也能做出這成果吧！

這説明什麼？

説明搞科研，其實不管做什麼，有鍥而不捨的毅力是很重要的。人家諾貝爾委員會也並不是每次都把獎頒給大咖呀。

比如，當年發現宇宙微波背景輻射的彭齊亞斯，是通訊公司的工程師，雖然他大學學的物理學，但是他是名副其實的歪打正着。

彭齊亞斯當年和R.W.威爾遜為了改進衞星通訊，建立了高靈敏度的號角式接收天線系統。1964年，他們用它測量銀暈氣體射電強度。為了降低噪音，他們甚至清除了天線上的鳥糞，但依然有消除不掉的背景噪聲。他們認為，這些來自宇宙的波長為7.35釐米的微波噪聲相當於3.5K。1965年，他們又訂正為3K，即3K背景輻射。他們將這一發現公諸於世，為此獲1978年諾貝爾物理學獎。

這説明啥？説明不管做什麼事，都要認真去做，要多想。指不定你就是下一位諾貝爾物理學獎得主喲。扯遠了！

咱接着説黑洞！

黑洞這種神秘天體，從啥時候開始變成小知識分子們茶餘飯後的談資的呢？我覺得是《星際穿越》這部電影上映後。

星際穿越中有關黑洞的描述可以説是科幻電影中最科學的了，這部電影背後可是有一個理論物理學家團隊做顧問！片中的黑洞的模型是一個科研團隊耗時數年研究得出的成果。 想當年，看完這部電影后，我發現微博上有關這部電影的討論非常多，特別是那個靠近黑洞附近的星球時產生的時空畸變引起了吃瓜羣眾的興趣。

片中，飛船到了卡岡圖雅黑洞附近稍作停留，其中有兩個船員乘坐穿梭機前往更靠近黑洞的一顆行星上去考察（因為這顆行星上有水和空氣）。

然後大概停了2個小時吧，由於上面的潮汐實在太過恐怖，趕緊啓程回去了。

好傢伙，飛船上已經過去了23年了！看這位大叔鬍子都快白了！這就是引力引起的時空畸變啦，也就是説，引力越強的地方，時間流逝的速度越慢。

宇宙的殘酷在這裏體現得淋漓盡致！

説黑洞……

黑洞確實説得上宇宙裏最神秘的天體之一了。

最早提出宇宙中可能存在黑洞的是200多年前的人了……

1783年，劍橋大學牧師約翰·米歇爾在英國皇家學會的一次演講中推測了太陽引力對其輻射光線的影響。米歇爾意識到光速是有限的，並相信來自太陽的光子在離開太陽時由於太陽的引力會減速。

牧師這麼全能的嗎……

當然了，真正讓物理學界關注黑洞是在愛因斯坦大神之後了。

愛因斯坦在1915年提出了廣義相對論（彼時他才36歲……），其中的引力場方程讓人們認識到引力能夠引起時空的彎曲。（這麼牛逼的發現居然沒有獲得諾貝爾獎，愛因斯坦獲得諾貝爾獎是由於他在26歲的時候對光電效應的研究……！！）

言歸正傳，引力場方程一出世便刷新了人們的認知，無數膜拜者出於好奇入了理論物理的坑~

其中有一位叫史瓦西的天才，和愛因斯坦一樣都是德國人，他算出了引力場方程的一個特定解，叫做史瓦西解。根據這個結果他還算出了黑洞的“半徑”，叫做“史瓦西半徑”。

當時正在發生第一次世界大戰，史瓦西是在參軍到俄國前線打仗的時候得出這個結論的！不過呢，計算出“史瓦西半徑”後他拒絕接受宇宙中存在“黑洞”這種天體，他認為這個解是沒有實際意義的。

可惜天妒英才，次年史瓦西便因為一種罕見病而去世。唉！咱接着説黑洞。

一晃時間過去了幾十年，物理學界又一顆巨星冉冉升起。

他便是 斯蒂芬·霍金。

説起霍金可以説是無人不知無人不曉。不過請注意，這不是由於他在物理學界的貢獻有多麼巨大（當然了，也不小），而是由於他也是一位成功的科普作家。他的《時間簡史》可以説是有史以來最暢銷的科普讀物了。（本人高中花巨資買了他的2本書，居然看得津津有味）

霍金在世時是研究黑洞的最權威的科學家，他的理論我就不説了，太過深奧。

不過值得一提的是，他首次提出了黑洞並不是吞噬一切且一毛不拔，而是以一種名叫“霍金輻射”的方式往外輻射東西。

換句話講，就是黑洞也會蒸發掉。

好了，有關黑洞的理論研究歷史就説到這裏。反正一句話，這是個大神輩出的領域。

除了理論研究，對黑洞的觀察也是科學家孜孜不倦地追求的一件事。

當然了，黑洞引力大到連光都無法掙脱，因此嚴格來講，它是絕對黑暗的，沒有人可以看到他。不過人們還是可以藉助其它方式來探測到它的存在。

方法一：藉助繞着黑洞旋轉的天體。

也就是開頭説到的獲得諾貝爾獎的兩位科學家研究黑洞使用的方法。

因為黑洞質量大啊，所以圍繞它轉的恆星速度都極快，天文學家就通過觀察這些恆星的運行，來計算中間那個未知天體的質量，結果一算嚇一跳，居然比太陽重430萬倍。

這不是黑洞是什麼？

方法二：觀察黑洞的吸積盤

所謂吸積盤，就是黑洞吞噬附近天體時，由於物質被加速到極高的速度，因而被摩擦加熱至等離子體而發出的超強的射線，這樣就能被人們觀測到。

當然，星際穿越中的黑洞外面的發光環也是吸積盤。

2019年公佈的黑洞照片咱們看到的就是吸積盤了。

方法三：大名鼎鼎的引力波又來了。

這第三種方法就是藉助引力波來間接探測到黑洞的存在了。

怎麼做的呢？

大質量天體相互吸引並靠近時，由於兩者引力場的相互幹渉而形成了引力波。引力波是時空的漣漪，它經過的空間會發生扭曲。

地球上聰明的科學家們於是想到了一個辦法來測出了這個時空的扭曲，牛逼！

反正在2016年，科學家們成功測出了引力波，並證實，這次的引力波是兩個黑洞合併時發出的。(順便説一句，現在新聞老是説光刻機，認為光刻機是人類製造的精度最高的東西，其實你去看看LIGO就知道啥叫真正的高精度了。）

也只有黑洞合併才會發出如此強烈的引力波，其他天體的合併並不會發出能夠探測得到的引力波。（不過最近研究表明黑洞吞噬中子星也能發出明顯的引力波）

好了，咱聊了黑洞的研究歷史，又説了怎麼才能發現黑洞。

那麼問題來了，黑洞在宇宙學中到底暗示了啥呢，為什麼存在這麼極端的天體？

其實，簡單來説，黑洞就是宇宙正在死亡的證據。

我們的宇宙目前還很年輕，氫元素在宇宙中的丰度還比較高，因此宇宙中就還有大量的恆星不斷誕生。

但是氫元素正在不停地通過核聚變消耗掉，這個過程雖然很漫長，但是架不住時間的洗禮啊，可能再過個幾百億年，宇宙中就沒有新的恆星誕生了。

我們知道，恆星的歸宿要麼是白矮星，要麼是中子星或者黑洞，反正結局都很慘，到最後，真個宇宙就到處飄的黑洞等大質量天體了。

而且每一個星系中心都有超大質量的黑洞，有的甚至達到幾百億個太陽質量這一數量級。

而黑洞是在不停吞噬周圍的物體的。

因此，總有一天，星系內的所有物質都會被中心的黑洞吞噬。這一時間可能很長，達到幾千億年，但是總會到來。

那時候宇宙就會黑暗一片，只剩下無數個巨無霸黑洞在徘徊。

由於這時的宇宙失去任何熱量來源了，所以就會慢慢變得很冷很冷，冷到接近絕對零度，當然這個過程也是極其漫長的，大概是10的20次方年。

那個時候黑洞反而成了熱一點的物體了。因此此時的黑洞就反而會往外輻射能量了，也就是霍金輻射。（霍金輻射一直有，只不過現在大質量黑洞的輻射量非常小，不及宇宙微波背景輻射的一個零頭）。

霍金輻射的速度是非常非常非常慢的，超大質量黑洞依靠霍金輻射完全蒸發掉將花費一個十分誇張的時間，大概是10的100次方年。（當年看時間簡史看到這個數字差點嚇尿）。

不過呢，宇宙最不缺的就是時間。

等所有黑洞都蒸發掉了之後，宇宙就真正的死了。

或者叫 凍住了。

因為那時候整個宇宙是無限接近絕對零度，整個空間被凍住，就連一些遊離的光子也被凍住了，一片死寂。

所以黑洞就是宇宙末日的見證者呀。