侯嘉昊，袁业飞

(中国科学技术大学 物理学院 天文学系，安徽 合肥 230026)

2020年诺贝尔物理学奖一半授予罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)，另一半授予赖因哈德·根策尔(Reinhard Genzel)和安德烈娅·盖兹(Andrea Ghez)，以表彰他们“发现了宇宙中最奇特的现象之一——黑洞”. 前者在理论上证明了广义相对论框架下黑洞的存在性，即引力塌缩将导致黑洞的奇点不可避免；后者则通过观测银河系中心恒星的轨道运动证实了银河系中心存在一个大约400万太阳质量的暗天体，且该暗天体的质量应该在最近恒星的近心点(125天文单位，约1.9×1010km)之内,超大质量黑洞是目前唯一合理的解释. 本文从黑洞概念的发展历史出发，对今年诺奖得主的主要工作进行概要性介绍.

1 黑洞理论

1.1 早期历史

牛顿力学是建立在绝对时空观基础之上的. 绝对时空观认为时间和空间是绝对的，时空可以影响物质的运动，因为万物都存在于时空之中，但物质绝对不可能影响时空的性质. 爱因斯坦的相对论革新了人们对时空的认识. 狭义相对论统一了时间和空间，但时空仍然是绝对的. 广义相对论放弃了绝对时空的概念，认为物质和时空存在相互作用. 物质可以改变时空的性质，使得时空弯曲，而弯曲时空决定时空中物体的运动. 在广义相对论中，不存在引力这种相互作用. 地球绕着太阳公转，本质上是由被太阳弄弯曲的时空性质决定的. 时空弯曲由时空度规(gμν)刻画，爱因斯坦于1915年11月18日发表了正确地决定时空如何弯曲，即……