瑞典本地时候10月6日午时，诺贝尔奖委员会颁布发表将2020年诺贝尔物理学奖授予英国数学物理学家彭罗斯（Roger Penrose），表扬他对“发现黑洞形当作是广义相对论的坚实展望”，以及根泽尔（Reinhard Genzel）和盖兹（Andrea Ghez），表扬他们“发现银河系中间有一个超大质量致密天体”。
对发现黑洞作出理论研究的彭罗斯，他作为一个数学家，到底有何怪异进献？闻名科普作家卢昌海博士给出了他的简要回覆。
问：关于彭罗斯的获奖原因，诺贝尔委员会给出的是“发现黑洞的形当作是广义相对论的坚实预言”（“for the discovery that black hole formation is a robust prediction of the general theory of relativity”），诺奖委员会发布的科普材料里还提到了奇点定理，您能简单科普一下这项当作果的内容和意义吗？
卢昌海：1916年1月，距爱因斯坦（Albert Einstein）颁发广义相对论场方程不到两个月，德国物理学家施瓦西（Karl Schwarzschild）就找到了场方程的一个严酷解。黑洞作为广义相对论的预言，若干本家儿要特征（好比它的视界及所包含的奇点）在这个解中就已经表现出了——固然物理学家们用了良多年的时候来挖掘和理解那些特征。1939年，美国物理学家奥本海默（J. Robert Oppenheimer）和学生辛德（Hartland Snyder）对恒星坍塌为黑洞的过程进行了研究。这些都在必然水平上撑持了广义相对论对黑洞的预言。但这些研究都假定了严酷的球对称性，而实际宿世界里的恒星虽接近球形，却不成能是严酷球对称的。是以，这些研究作为对黑洞的预言都不敷坚实。对恒星可否坍塌为黑洞，甚至黑洞可否存在，那时仍有大量思疑——思疑者中包罗了爱因斯坦本人。
彭罗斯对黑洞研究的主要进献是，他采用了在那时的广义相对论研究中还很新奇的几何与拓扑方式，在不依靠对称性的很遍及的前提下，证实了作为黑洞焦点构成部门的奇点的呈现是广义相对论的必然推论。他的这类研究最早的一项完当作于1965年，但那项研究仍假定了一个物理上无法确立甚至有可能不当作立的前提，从而并不克不及完全撤销对黑洞的思疑——或者说仍不敷“坚实”。1970年，彭罗斯与霍金（Stephen Hawking）合作，去失落了那个前提，获得了一个更遍及的定理——即“霍金-彭罗斯奇点定理”。这个定理的所有前提都很实际，好比可在大质量恒星的坍塌过程中获得知足，是以它的结论，即奇点的呈现是广义相对论的必然推论，也就很是坚实。诺贝尔委员会所说的“发现黑洞的形当作是广义相对论的坚实预言”指的就是这个——重点在“坚实”二字上。
问：作为一名数学物理学家，彭罗斯以纯理论的当作果获得诺贝尔物理学奖，在近年长短常少见的，对此您怎么评价呢？
卢昌海：诺贝尔物理学奖凡是颁给重大的不雅测、尝试或与这两者关系紧密亲密（好比对之作出诠释）的理论研究。纯理论的研究也并非不克不及获奖，但凡是要比及其预言被不雅测和尝试所证实——即不再是“纯理论”——的那一天（这有时得等几十年，甚至研究者至死也没比及也不足为奇）。不外，彭罗斯的研究跟以往获奖的纯理论研究有些分歧，它自己并不预言任何工具，而只是替广义相对论作出了一个“坚实预言”——那预言无论被推翻仍是证实，影响的都是广义相对论而不是彭罗斯的研究，后者的准确性只取决于它的数学推理的准确性。从这个意义上讲，彭罗斯的获奖当作果更接近数学定理——只不外是以广义相对论为框架的数学定理。可是，这样的数学定理对于揭示广义相对论的性质有很是主要的价值，从这个角度讲，它的性质虽是数学，范畴倒是物理，获得诺贝尔物理学奖固然少见，却并不“僭越”。
问：您在微博上说：“从某种意义上讲，本年的诺贝尔物理学奖也许会当作为一种尴尬。因为将来人们提起本年的诺贝尔物理学奖时，最轻易想到的就是霍金。霍金的庞大声望当然有很大比例来自他的身体前提，但他在黑洞研究上的本色进献也并不亚于——甚至可以说是高于——彭罗斯。霍金的不获奖原本是说得通的，因为他的研究是纯理论的，固然黑洞自己的不雅测证据已经很强，直接验证他的理论却依然近乎不成能，从而不获奖也说得通。但彭罗斯的黑洞研究是同样类型的，他的获奖直接推翻了霍金不获奖的来由，且这种推翻并不是基于霍金归天之后才呈现的新论据，从而使霍金的不获奖当作为了诺贝尔奖的一次无可推诿的缺漏，并且出格惹人注目。”对此，您能简单睁开描述一下吗？别的，霍金若是活着，可否获得这一奖项？
卢昌海：彭罗斯的名字经常和霍金的名字连在一路，这不是偶尔的。这两人合写过论文也合著过书，前面提到的“霍金-彭罗斯奇点定理”就是一个例子。诺贝尔委员会在获奖当作果介绍中对彭罗斯1965年的研究着墨较多——也许因为那是彭罗斯一小我的当作果。但如前所述，那项研究其实不敷“坚实”。与彭罗斯根基同时，霍金那时也在研究奇点（只不外彭罗斯的研究偏于黑洞奇点，霍金的研究则偏于宇宙学奇点），两人1970年合作获得的“霍金-彭罗斯奇点定理”才足够“坚实”，真正称得上是“发现黑洞的形当作是广义相对论的坚实预言”。是以，霍金对此次获奖当作果的进献也是很大的。除此之外，霍金还在黑洞热力学（此中包罗了闻名的“霍金辐射”）、“黑洞无毛发定理”等方面做过主要研究。是以我在微博上说，“霍金的庞大声望当然有很大比例来自他的身体前提，但他在黑洞研究上的本色进献也并不亚于——甚至可以说是高于——彭罗斯”。
至于我说“本年的诺贝尔物理学奖也许会当作为一种尴尬”，倒不是感觉彭罗斯的获奖有何不妥——如前所述，我对他的获奖是持必定立场的。我甚至但愿此后有更多纯理论的研究获得诺贝尔物理学奖，因为这类研究其实早已是现代物理研究的主要构成部门了。只不外，彭罗斯的获奖使霍金的不获奖变得很凸起，所谓“尴尬”指的是这个。诺贝尔奖的提名记实有50年的保密期，等比来几十年的记实解密之后，我相信人们会看到霍金获得过大量提名。对于他的不获奖，独一说得通的来由就是他的研究是纯理论的，几乎不成能被不雅测和尝试所验证。但彭罗斯的黑洞研究是同样类型的，是以他的获奖推翻了这一来由。也是以，我说彭罗斯的获奖“使霍金的不获奖当作为了诺贝尔奖的一次无可推诿的缺漏，而且出格惹人注目。”
当然，微博不成能面面俱到，从积极的方面讲，我们也可以将彭罗斯的获奖视为诺贝尔奖的一次“纠偏”，改正对纯理论研究的偏废，固然很遗憾地没能在霍金生前就“纠”，但毕竟也是进展。
至于霍金若是活着可否获得这一奖项，谜底在我看来长短常必定的。针对黑洞的纯理论研究不颁奖则已，若颁奖且霍金活着，只颁给彭罗斯而不颁给霍金是不可思议的。
