两位诺贝尔奖得主领衔2021腾讯科学WE大会，揭示黑洞的奥秘

作为斯蒂芬·霍金的挚友、年过9旬的数学物理学家罗杰·彭罗斯依然在“仰望星光”；天体物理学家莱因哈德·根泽尔成为百年来“看见”银心黑洞的第一人。11月6日，这两位2020年诺贝尔物理学奖得主先后登上2021腾讯科学WE大会的舞台，分享了他们各自探索黑洞奥秘的全过程。

对于黑洞究竟只是一种理论上的可能，还是真实的存在，以及宇宙在大爆炸之前是什么等问题，罗杰·彭罗斯通过数学计算解答了黑洞形成的秘密，并于2020年凭借“发现黑洞的形成是对广义相对论的普遍预言”获诺贝尔物理学奖；他还与斯蒂芬·霍金共同发展出彭罗斯-霍金奇点定理，奠定了现代宇宙论的数学基础。

2010年前后，他提出了一个相当大胆的假说：鉴于宇宙的遥远未来与宇宙的大爆炸开端在数学上极其相似，也许宇宙并非只有一次大爆炸，而是在一个个从大爆炸到死亡的过程中不断循环往复。他将这一无比宏大的假说命名为“共形循环宇宙论”。

从1783年开始，就有科学家根据牛顿力学提出，如果宇宙中有一种质量足够大而半径有限的天体，那么光线将无法从它表面逃离。1915年，爱因斯坦的广义相对论横空出世，他告诉人们，物质如何让时空弯曲，而时空弯曲又如何影响物质的运动。这一理论，取代牛顿力学成为现代物理学理解时空本质的基础理论。

作为一个数学家，在研究黑洞过程中，彭罗斯使用了被誉为“彭罗斯图”的分析图式——利用“共形变换”，把无穷大的时空绘制在有限大的纸面上；在变换前后，光线行进的角度不变。这也为此后半个世纪中物理学同行们分析弯曲时空的因果关系提供了强大工具。

除了数学方法证明黑洞的存在，莱因哈德·根泽尔则通过观测手段进一步证明了银河系中心存在一个质量巨大的黑洞，并表示每个星系中心都存在一个黑洞。

据了解，黑洞按照其质量，大致可以分为两类：恒星级黑洞，一般形成于大质量恒星死亡之时，质量可以达到几十个太阳质量；另一种是超大质量黑洞，往往位于星系中心，质量可以达到几百万甚至几亿个太阳质量。

根泽尔认为，黑洞不仅不黑，还是宇宙中最强发动机。从1991年开始，根泽尔和团队不断改进观测设备甚至打造自己的专属相机去观察恒星，他在等这些恒星在中心天体巨大引力的掌控下，滑出一道优雅的轨迹，让他可以根据这些恒星轨道，计算出中心天体的位置、质量等信息。1996年，他和团队共找到银心附近的39颗恒星，最近的距离银心仅有0.1光年；2002年，离银心最近的S2星第一次来到近心点，这一年，恒星距离不再以光年计算，S2到银心之间只有17光时，这些都是获得黑洞存在的确切证据。

“刚好有那么一颗周期仅16年的S2星，能抵近到距离黑洞17光时的地方，这算是天文学家的‘大运’了。” 根泽尔说。

（原标题《两位诺贝尔奖得主领衔2021腾讯科学WE大会，揭示黑洞的奥秘》）