2023年7月9日发(作者：)

第 42 卷第 6 期

■诺贝尔奖简介doi:10.3969/.0253-9608.2020.06.0022020年度诺贝尔物理学奖：理解宇宙最暗处的秘密吴庆文†，汪定雄华中科技大学 物理学院/天文系，武汉 430074*摘要 2020年诺贝尔物理学奖授予黑洞研究领域，其中一半授予罗杰•彭罗斯（Roger Penrose），以表彰他在黑洞形成理论方面的研究工作，另一半则联合授予莱因哈德•根泽尔（Reinhard Genzel）和安德里亚•格兹（Andrea Ghez），以表彰他们在银河系中心超大致密物体质量测量方面的研究。文章介绍黑洞的研究历史和现状、三位学者的贡献以及现代黑洞天体物理研究的一些最新进展和展望。关键词 诺贝尔物理学奖；黑洞；奇点；类星体；银河系1 暗星与黑洞扔出去的物体由于受到引力的作用，将会以一个优美的弧线又落回地球上。早在200多年前，英国天文学家米歇尔[1]和法国物理学家、天文学家、数学家拉普拉斯[2]基于牛顿引力理论和光的粒子学说提出“暗星”的概念。他们假设：如果一个发光的恒星其密度与地球相当，而半径是太阳半径的250倍，那么即使光子也逃脱不了这颗恒星的引力，则人类根本无法观测到它。可以说暗星的概念就是2020年诺贝尔物理学奖研究对象——黑洞的萌芽。需要指出，上述暗星的概念是基于光的粒子假设提出的，随着1801年托马斯•杨的双缝干涉实验的成功，光的波动学说获得越来越多物理学家的支持，拉普拉斯本人都觉得暗星这一概念可能计算有误，从而在其新版的著作中就删除了该理论，暗星这一概念也逐渐淡出人们的视野。1905年爱因斯坦在《论动体的电动力学》一文中基于光速不变原理和狭义相对性原理提出狭义相对论，并给出了时间和空间的相对关系。由于在狭义相对论中还存在一些惯性系无法定义的问题，爱因斯坦又经过10年的研究，1915年建立了广义相对论，得出描述引力与时空的完美方程。该理论把时空和物质联系起来。为了更好地描述弯曲时空，爱因斯坦在场方程中采用了黎曼几何中的“度规”概念，使该方程不但物理思想精辟，数学方程本身也简单优美。广义相对论完美地解决了牛顿引力理论无法解释却困扰大家很久的水星近日点进动问题。虽然广义相对论方程简洁而优美，但是作为非线性偏微分方程组，它的求解却非常困难。1916年初，德国天文学家史瓦西给出了广义相对论场方程的第一个精确解[3]。史瓦西采用了一个最简单的物质分布模型，即静止的球对称分布，求解得到的时空度规如下：§2m·2§2m·22222ds