诺贝尔物理学奖公布，咱聊聊黑洞～_风闻

一年一度的诺贝尔物理学奖终于尘埃落定，很多人觉得今年有点冷门，不过我倒是觉得实至名归。

本次诺贝尔物理学奖由三位科学家一起分享。

而获奖理由都是和黑洞有关！ 分别是：

罗杰·彭罗斯：发现黑洞的形成是广义相对论的有力预测。

莱茵哈德·根策尔与安德烈娅·盖兹：在我们的星系中心发现了一个超大质量致密天体。

当时看到这个新闻我还是比较感慨的。一是赞叹他们坚持不懈的科研精神，二是对诺贝尔奖委员会感到十分佩服。

这次三位获奖者，彭罗斯已经90岁了，他曾经是和霍金一起研究黑洞的。现在，霍金已经仙去，可以说，彭罗斯就是黑洞理论研究领域全世界最权威的人。黑洞物理学已经错过了霍金，如果彭罗斯也错过，这不得不说将是一大遗憾！

因此，这也是我佩服诺贝尔奖委员会的原因，人家并不是一帮老学究，而是一群非常睿智的科学家。

包括2017年的诺贝尔物理学奖颁给探测到引力波的LIGO天文台，也是光速颁奖的。LIGO在2016年宣布探测到两个黑洞合并发出的引力波，然后2017年就获奖了！

另外两名获奖者不是搞理论的，是搞观测的。他们的贡献是对银河系中心的黑洞进行了长达20年的跟踪研究，这种毅力确实真的敬佩。

最终，他们发现，银河系中心的某一小块看不见的区域，周围竟有很多恒星围绕着做高速运动。有人可能觉得，这就是重复劳动，换个搞天文的博士生也能做出这成果吧！

这说明什么？

说明搞科研，其实不管做什么，有锲而不舍的毅力是很重要的。人家诺贝尔委员会也并不是每次都把奖颁给大咖呀。

比如，当年发现宇宙微波背景辐射的彭齐亚斯，是通讯公司的工程师，虽然他大学学的物理学，但是他是名副其实的歪打正着。

彭齐亚斯当年和R.W.威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。1964年，他们用它测量银晕气体射电强度。为了降低噪音，他们甚至清除了天线上的鸟粪，但依然有消除不掉的背景噪声。他们认为，这些来自宇宙的波长为7.35厘米的微波噪声相当于3.5K。1965年，他们又订正为3K，即3K背景辐射。他们将这一发现公诸于世，为此获1978年诺贝尔物理学奖。

这说明啥？说明不管做什么事，都要认真去做，要多想。指不定你就是下一位诺贝尔物理学奖得主哟。扯远了！

咱接着说黑洞！

黑洞这种神秘天体，从啥时候开始变成小知识分子们茶余饭后的谈资的呢？我觉得是《星际穿越》这部电影上映后。

星际穿越中有关黑洞的描述可以说是科幻电影中最科学的了，这部电影背后可是有一个理论物理学家团队做顾问！片中的黑洞的模型是一个科研团队耗时数年研究得出的成果。 想当年，看完这部电影后，我发现微博上有关这部电影的讨论非常多，特别是那个靠近黑洞附近的星球时产生的时空畸变引起了吃瓜群众的兴趣。

片中，飞船到了卡冈图雅黑洞附近稍作停留，其中有两个船员乘坐穿梭机前往更靠近黑洞的一颗行星上去考察（因为这颗行星上有水和空气）。

然后大概停了2个小时吧，由于上面的潮汐实在太过恐怖，赶紧启程回去了。

好家伙，飞船上已经过去了23年了！看这位大叔胡子都快白了！这就是引力引起的时空畸变啦，也就是说，引力越强的地方，时间流逝的速度越慢。

宇宙的残酷在这里体现得淋漓尽致！

说黑洞……

黑洞确实说得上宇宙里最神秘的天体之一了。

最早提出宇宙中可能存在黑洞的是200多年前的人了……

1783年，剑桥大学牧师约翰·米歇尔在英国皇家学会的一次演讲中推测了太阳引力对其辐射光线的影响。米歇尔意识到光速是有限的，并相信来自太阳的光子在离开太阳时由于太阳的引力会减速。

牧师这么全能的吗……

当然了，真正让物理学界关注黑洞是在爱因斯坦大神之后了。

爱因斯坦在1915年提出了广义相对论（彼时他才36岁……），其中的引力场方程让人们认识到引力能够引起时空的弯曲。（这么牛逼的发现居然没有获得诺贝尔奖，爱因斯坦获得诺贝尔奖是由于他在26岁的时候对光电效应的研究……！！）

言归正传，引力场方程一出世便刷新了人们的认知，无数膜拜者出于好奇入了理论物理的坑~

其中有一位叫史瓦西的天才，和爱因斯坦一样都是德国人，他算出了引力场方程的一个特定解，叫做史瓦西解。根据这个结果他还算出了黑洞的“半径”，叫做“史瓦西半径”。

当时正在发生第一次世界大战，史瓦西是在参军到俄国前线打仗的时候得出这个结论的！不过呢，计算出“史瓦西半径”后他拒绝接受宇宙中存在“黑洞”这种天体，他认为这个解是没有实际意义的。

可惜天妒英才，次年史瓦西便因为一种罕见病而去世。唉！咱接着说黑洞。

一晃时间过去了几十年，物理学界又一颗巨星冉冉升起。

他便是 斯蒂芬·霍金。

说起霍金可以说是无人不知无人不晓。不过请注意，这不是由于他在物理学界的贡献有多么巨大（当然了，也不小），而是由于他也是一位成功的科普作家。他的《时间简史》可以说是有史以来最畅销的科普读物了。（本人高中花巨资买了他的2本书，居然看得津津有味）

霍金在世时是研究黑洞的最权威的科学家，他的理论我就不说了，太过深奥。

不过值得一提的是，他首次提出了黑洞并不是吞噬一切且一毛不拔，而是以一种名叫“霍金辐射”的方式往外辐射东西。

换句话讲，就是黑洞也会蒸发掉。

好了，有关黑洞的理论研究历史就说到这里。反正一句话，这是个大神辈出的领域。

除了理论研究，对黑洞的观察也是科学家孜孜不倦地追求的一件事。

当然了，黑洞引力大到连光都无法挣脱，因此严格来讲，它是绝对黑暗的，没有人可以看到他。不过人们还是可以借助其它方式来探测到它的存在。

方法一：借助绕着黑洞旋转的天体。

也就是开头说到的获得诺贝尔奖的两位科学家研究黑洞使用的方法。

因为黑洞质量大啊，所以围绕它转的恒星速度都极快，天文学家就通过观察这些恒星的运行，来计算中间那个未知天体的质量，结果一算吓一跳，居然比太阳重430万倍。

这不是黑洞是什么？

方法二：观察黑洞的吸积盘

所谓吸积盘，就是黑洞吞噬附近天体时，由于物质被加速到极高的速度，因而被摩擦加热至等离子体而发出的超强的射线，这样就能被人们观测到。

当然，星际穿越中的黑洞外面的发光环也是吸积盘。

2019年公布的黑洞照片咱们看到的就是吸积盘了。

方法三：大名鼎鼎的引力波又来了。

这第三种方法就是借助引力波来间接探测到黑洞的存在了。

怎么做的呢？

大质量天体相互吸引并靠近时，由于两者引力场的相互干渉而形成了引力波。引力波是时空的涟漪，它经过的空间会发生扭曲。

地球上聪明的科学家们于是想到了一个办法来测出了这个时空的扭曲，牛逼！

反正在2016年，科学家们成功测出了引力波，并证实，这次的引力波是两个黑洞合并时发出的。(顺便说一句，现在新闻老是说光刻机，认为光刻机是人类制造的精度最高的东西，其实你去看看LIGO就知道啥叫真正的高精度了。）

也只有黑洞合并才会发出如此强烈的引力波，其他天体的合并并不会发出能够探测得到的引力波。（不过最近研究表明黑洞吞噬中子星也能发出明显的引力波）

好了，咱聊了黑洞的研究历史，又说了怎么才能发现黑洞。

那么问题来了，黑洞在宇宙学中到底暗示了啥呢，为什么存在这么极端的天体？

其实，简单来说，黑洞就是宇宙正在死亡的证据。

我们的宇宙目前还很年轻，氢元素在宇宙中的丰度还比较高，因此宇宙中就还有大量的恒星不断诞生。

但是氢元素正在不停地通过核聚变消耗掉，这个过程虽然很漫长，但是架不住时间的洗礼啊，可能再过个几百亿年，宇宙中就没有新的恒星诞生了。

我们知道，恒星的归宿要么是白矮星，要么是中子星或者黑洞，反正结局都很惨，到最后，真个宇宙就到处飘的黑洞等大质量天体了。

而且每一个星系中心都有超大质量的黑洞，有的甚至达到几百亿个太阳质量这一数量级。

而黑洞是在不停吞噬周围的物体的。

因此，总有一天，星系内的所有物质都会被中心的黑洞吞噬。这一时间可能很长，达到几千亿年，但是总会到来。

那时候宇宙就会黑暗一片，只剩下无数个巨无霸黑洞在徘徊。

由于这时的宇宙失去任何热量来源了，所以就会慢慢变得很冷很冷，冷到接近绝对零度，当然这个过程也是极其漫长的，大概是10的20次方年。

那个时候黑洞反而成了热一点的物体了。因此此时的黑洞就反而会往外辐射能量了，也就是霍金辐射。（霍金辐射一直有，只不过现在大质量黑洞的辐射量非常小，不及宇宙微波背景辐射的一个零头）。

霍金辐射的速度是非常非常非常慢的，超大质量黑洞依靠霍金辐射完全蒸发掉将花费一个十分夸张的时间，大概是10的100次方年。（当年看时间简史看到这个数字差点吓尿）。

不过呢，宇宙最不缺的就是时间。

等所有黑洞都蒸发掉了之后，宇宙就真正的死了。

或者叫 冻住了。

因为那时候整个宇宙是无限接近绝对零度，整个空间被冻住，就连一些游离的光子也被冻住了，一片死寂。

所以黑洞就是宇宙末日的见证者呀。