今年的诺贝尔奖 可以说是有些意外
物理学家多数相信黑洞的存在 这没什么问题
但真正的问题是 这些存在性往往都是间接证据
"逻辑上" 存在其他可能
同样的道理 爱因斯坦生前从未因为广义相对论获得诺贝尔奖
即使在他生前 广义相对论就很好的解释了水星进动异常
但其实这存在"逻辑上"其他的古典物理式解释
只有重力波的发现是古典物理无法解释的广义相对论预言
这也是为什么 关于黑洞的诺贝尔物理奖 过去从未有过
甚至这次对于Genzel和Ghez这两位发现银河系中心存在黑洞的物理学家
还是要用"在银河系中心发现超巨大星体"(其实就是黑洞)这样暧昧的词汇当作颁奖理由
但不管怎么说 今年的诺贝尔物理奖 终究是给了黑洞相关的物理
我相信19年四月时拍下的所谓"黑洞的照片" 跟广义相对论的预测一致
应该是个终于让诺贝尔委员会认可的重要原因
推 art1: “证明了该理论导致黑洞的形成”是什么鬼？ 10/06 18:23
我记得两年前霍金刚过世的时候 我在八卦版中发文解释过霍金的贡献
https://disp.cc/b/163-avtb
基本上 我就重新复制贴上:
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事情是这样的 在广义相对论中 重力场跟物质能量的关系被所谓的爱因斯坦场方程所描述
但爱因斯坦场方程本质上是个非常复杂的方程式
在早期的研究中 物理学家能够借由引入某些对称性
选定特别的座标 而找出几个特别的解
在某些特别的解中 存在有"奇点" 意味着找到的解在那个点是无限大 没有定义的
但这个奇点 可能只是因为选入坐标系的关系 是假的 是可以消除的
又或者有些物理学家相信这些奇点只会出现在具有很高对称性的情况
并不是一个实际普遍会碰到的问题
但也可能这个奇点是真实存在的普遍现象
(我们如今当然知道 黑洞可能就是对应这样的解 而黑洞似乎是普遍存在的)
这类不知道该怎么处理与定义找到的解的奇点的困难
早期困扰了许多物理学家
例如说 爱因斯坦虽然当初找到了重力波的解 但却又一度不相信重力波的存在
就是因为类似的原因
霍金以及Penrose的重要贡献
就是他们从纯数学的角度 定义了奇点
并严格证明了在广义相对论的数学结构下 这类奇点的是真实存在的
这就是所谓的奇点定理
于是乎 像是黑洞这种现在我们已经耳熟能详的天体 或者是宇宙有个诞生的起点
其可能性才能够真正的被物理学家所接受
在这些证明中 霍金跟Penrose展现了可以媲美纯数学家的微分几何技术
但在引入证明所需要的条件跟定义的时候 又显现了他的物理直觉
相比其他伟大而知名的物理学家 两人在纯数学的训练上恐怕是更严格的
这也或许是之所以是这两人(而不是同个时代的其他伟大而知名的物理学家)
解决这问题的原因吧
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当然 Roger Penrose其实经历过纯数训练的 算是读数学系的
所以微分几何技术好 也不稀奇
回顾奇点定理的历史 事实上Penrose是比霍金要更早在期刊上正式发表这个想法的
但终究这个定理的严格跟广义证明 是他们两个一起完成的
如果霍金还活着 说不定也有资格一起拿奖的
真正难能可贵的是 Penrose是个兴趣非常多广也不轻易迎合主流的理论学家
除了广义相对论以外 他的兴趣五花八门
像是非弦论相关的量子重力学的研究 像是他在准晶体的研究
甚至他对关于人工智能 意识与物理之间的关联也相当有兴趣 写过一本毁誉参半的科普书
我很喜欢读他的书 像是他写的 "The road to reality"
可以说是一本数学物理的教科书 也可以说是他对于物理学未来的看法
当然 很多看法是他的一己之见就是了XD
从2017年以来 这四年有三年都颁给了宇宙跟天文物理相关的物理
可以说 诺贝尔奖委员会完全的认同这个领域的重要性 以及其提供的证据之坚实
而这可能甚至只是这个领域的起头
毕竟在宇宙学中 依然存在着许许多多伟大而深刻的疑问
等待现在与未来的物理学家的努力解答