霍金老搭档彭罗斯89岁获诺奖,霍金如果没去世,有可能获得吗

2020年诺贝尔物理学奖揭晓,其中一半授予英国科学家罗杰·彭罗斯(Roger·Penrose),以奖励他在黑洞形成以及相对论的相关理论的有力预测;另一半授予德国科学家赖因哈德·根泽尔(Reinhard·Genzel)和美国科学家安德里亚·盖兹(Andrea·Ghez),以奖励他们对我们银河系中心超大质量天体的发现。

说起彭罗斯,如果喜欢霍金的朋友肯定不会陌生,他既是霍金的对手,曾因一场与霍金的精彩争辩而被媒体强烈曝光,也是霍金的老搭档,霍金的许多成就都是和彭罗斯共同完成的。彭罗斯发明的许多东西,因为深具八卦特征,所以在吃瓜群众中流传甚广,比如说彭罗斯阶梯。在这个神奇的图中,人一直在沿着台阶往上走,但是却一直在同一个水平面上打转转。

霍金最重要的工作奇点定理的证明。爱因斯坦的广义相对论出来之后,“爱因斯坦场“方程中,爱因斯坦沿用的是传统的直角坐标系,所以对一个对称的、不自旋、不带电荷的有质量球体进行计算,只能给出一个近似解。

而史瓦西在看了爱因斯坦场方程之后,则另辟蹊径,他引入的坐标系类似于极坐标系,从而可以得出精确解。他将自己的研究成果寄给爱因斯坦,得到了爱因斯坦的夸赞。爱因斯坦场方程的这个精确解,从此被命名为“史瓦西度规”,这也正是爱因斯坦场方程的第一个精确解。

而在此基础之上,史瓦西发出了第二篇论文,其中给出了“史瓦西内解”,以及计算黑洞视界半径的公式,由此,黑洞的视界半径便被称为“史瓦西半径”,并把上述天体周围史瓦西半径处的想象中的球面,叫作视界。

这个解可以说震惊了全世界,因为它让人类知道在茫茫宇宙之中存在着“黑洞”这种特殊的天体,除此之外,这个解给出了一个惊人的结果,如果爱因斯坦的广义相对论正确,那么将有一个奇点,一个无限密度和时空曲率的点,其中时间在会有一个起始点。在这一点所有可观测物理量都是发散的,物理定律失效了,包括广义相对论,物理学家们需要一个更好的理论来取代广义相对论。

霍金首先证明了奇点的存在,当然他第一个证明是他独立做出的,前提条件还比较多,后来彭罗斯也独立给出了奇点存在的证明,但是也不完美。这是彭罗斯和霍金两人合作的契机-完美证明奇点定理。彭罗斯提供了一个非常重要的数学工具,就是解析几何领域里的“全域法”。正是用了这个方法,他们两个人没有去直接求解广义相对论场方程,只讨论广义相对论方程解存在的范围上。在两个人的合作下,他们完美地证明了奇点定理,从此没人再怀疑奇点的存在,大家纷纷转向对奇点性质的研究。

很多人问,既然彭罗斯都得奖了,那么如果霍金没有去世,有可能得奖吗?目前来看,还是有可能的。

彭罗斯这次得奖是因他发现黑洞形成是广义相对论的一个预言,就像我刚才说的,史瓦西通过“史瓦西度规”证明了宇宙存在“黑洞”这样的天体(当然他本人不相信),而彭罗斯用新的数学概念揭示了广义相对论如何预测了黑洞的形成。这些时空和空间的怪物会捕获一切进入其中的东西。任何东西,甚至是光,都无法逃离黑洞。

彭罗斯证明黑洞的形成是一个稳定的过程,并描述了它们的特征。黑洞的中心隐藏着一个奇点,所有已知自然法则在这里都不再适用。

而斯蒂芬·霍金与彭罗斯合作完成了奇点理论等工作,说不定真的有可能因为对黑洞的研究被共同授予诺奖。

其实除了奇点理论,霍金另外一大成就就是霍金辐射,霍金称自己通过计算得出结论,他认为黑洞在形成过程中,其质量减少的同时还不断在以能量的形式向外界发出辐射。不过,黑洞辐射目前仅仅是个假说, 到现在也没有发现任何黑洞辐射。霍金的许多理论都没有被实验或者观测证实过,如果能被证实或者观测到,想必霍金早就拿到诺贝尔奖了。霍金的研究几乎都是理论先于观测,之所以能被接受,是因为大家认为他的推演逻辑是没有问题的,只不过观测起来很困难。而理论物理学家的一个惊人之处,就在于他们可以在事物被观测到之前发现它们。(南方科技大学李淼)

彭罗斯和霍金两个人在量子力学和相对论上曾经进行过多次的辩论,这些思想的火花也促进了两个人在科学道路上的进步,诺奖只是一项荣誉,在科学路上不懈探索的每一位科学家,都会被人类所铭记。