今年的諾貝爾物理學獎終於頒給了大家期待了幾十年的黑洞，在天文學家看來，黑洞研究獲諾獎是眾望所歸。
黑洞理論的確認不僅是廣義相對論的重要預言和天體物理學的最重要進展，更重要的是它的確認，貫穿了經典物理學和天文學，是人類科學的集大成者。
為了讓大家更好地理解這個獎項的意義，一如既往地給大家做了圖解，幫助大家更好地理解黑洞是如何貫穿幾大學說的。
如果愛因斯坦還活著，不知該作何感想
人類目前對自然和宇宙的認識，全部源自於“引力場”
從牛頓發現了萬有引力開始，人類開始對這個世界有了基本的物理和天文認識。
但那時的牛頓因為整體科學的遲滯和觀測設備的落後，主要理論還僅限於慣性和重力，而這僅能簡單解釋地球上的一些一般屬性，如果再擴大範圍，則就不大適用了。
牛頓的萬有引力，開啟了人類認知自然的基礎
愛因斯坦提出相對論後，對牛頓的萬有引力做了修正和升級（注意：這裡是修正，而不是變革），適用範圍更廣，不過，還不是全部。
但這時候又跑出了一個難纏的現象：光。光速不符合當時的任何物理定律，光速恆定不變的原則讓愛因斯坦傷透了腦筋，也因此倒下了一大片科學家，都無法解釋這個現象。
機緣巧合，愛因斯坦靈光一現，提出了廣義相對論並列出了引力場方程，可以推導出很多未知的現象和天體。直到今天，廣義相對論都是正確的，並沒有不適用的範圍。
廣義相對論為人類理解引力奠定了新的基礎，也成為了此後所有宇宙學研究的基石，重質量使空間彎曲，令時間流逝變慢。
愛因斯坦的廣義相對論，是人類理解引力場和宇宙研究的基石
一群槓精出現，用愛因斯坦的引力場方程推導出“黑洞”的存在
就在廣義相對論提出一個月後，史瓦西從引力場方程中得到了第一個精確解。根據史瓦西解，宇宙中可能存在一種可以把光也束縛住的絕對黑暗天體，這就是後來所說的黑洞。
一旦黑洞形成，它就會隱藏在自己的事件視界之內，能吞噬進入視界的一切，包括光。質量越大，事件視界就越大。
黑洞的引力非常極端，它能讓空間發生彎曲到使得光無法逃脫的程度，所以黑洞本身無法直接觀測到。由於黑洞的表面把時空分隔開來，我們無法觀測到黑洞的內部，所以黑洞的表面又被稱為事件視界。根據黑洞的表面逃逸速度剛好就是光速，可以推導出黑洞的半徑（又稱史瓦西半徑）：
（根據這個方程，太陽的史瓦西半徑為3公里，意味著太陽只要坍塌到直徑3公里以內，就會形成黑洞）
前前後後還有許多科學家都對黑洞提出過預測。
不過，雖然廣義相對論可以推導出這種物體，但愛因斯坦本人並不相信這種質量驚人的怪物真的存在。
打臉的來了，羅傑·彭羅斯通過獨特的方式計算出黑洞的存在
在羅傑·彭羅斯（Roger Penrose）之前的這些解決方案都被視為理想條件（恆星和黑洞都是正球體、完全對稱）下的紙上談兵。
畢竟，宇宙沒有東西是真正“完美”的，而彭羅斯是第一個成功在不理想的條件下給出現實解決方案的人。
1965年1月，在愛因斯坦去世10年後，彭羅斯證明了黑洞確實可以形成，並進行詳細描述。這篇開創性的文章至今被視作愛因斯坦之後對廣義相對論的最重要貢獻。
一個午後，他靈光一閃：“俘獲面”（trapped surface），這就是彭羅斯苦尋多年的數學工具。俘獲面強制所有光指向一箇中心，無論這個面是向內還是向外彎曲。
利用俘獲面，彭羅斯可以證明黑洞總是藏有一個奇點，一個時空結束的邊界。它的密度是無限的，所有已知的自然法則到此終止。
除了在理論上證明黑洞存在，羅傑·彭羅斯還和霍金一起證明了奇點定理。該定理認為，宇宙起源於一個時間和空間消失、物質密度無限大的奇點。
他是第一個從理論上證明黑洞穩定存在的人，從某種程度上就證實了廣義相對論正確性，也就說明我們對時空的理解是正確的。
愛因斯坦還好去世了，否則不知道他對彭羅斯的貢獻是該哭呢，還是該笑呢？當初他可是不相信有黑洞這種怪物存在的。
天文學家們坐不住了，一個天體物理現象居然讓一個數學家去證明
由於黑洞的不可觀測性，黑洞這種天文學領域的現象，居然讓羅傑·彭羅斯這種數學家拔了頭籌。
天文學家們坐不住了，他們也要通過天文學的手段去證明黑洞存在與否。
德國科學家萊因哈德·根澤爾（Reinhard Genzel）和美國科學家安德里亞·蓋茲（Andrea Ghez）各自領導著一個天文學家小組，利用世界上最先進的天文望遠鏡進行銀河系中心進行觀測。
自20世紀90年代初以來，他們發展改進觀測技術、設計建造獨特的儀器，開始系統性地長期調查銀河系中心人馬座a區域。
研究人員發現，在銀河系內中心一光月半徑內的恆星移動得最快，像群蜂亂舞。在這個區域以外的恆星則呈現出更為有序的橢圓運動。一顆名為S2的恆星在不到16年的時間內就轉了一圈，而太陽要花2億多年。
這兩組人的測量結果走向一致：一個極其沉重、看不見的物體牽引著恆星，令它們以眩目的速度繞行。約等於400萬個太陽的質量聚集在一個不比太陽系大的區域。
黑洞是唯一可能的解釋。
賴因哈德·根澤爾和安德里亞·蓋茲終於從天文觀測的角度證實了黑洞的存在，給天體物理學爭回了一口氣。
愛因斯坦：“我……”
圖解2020諾貝爾物理學獎
結束了嗎？不，這才是開始
諾獎官網新聞稿用“黑洞和銀河系中最黑暗的秘密”來形容今年的獲獎成果。
諾貝爾物理學獎委員會主席大衛·哈維蘭（David Haviland）表示：“今年獲獎者們的發現為緻密和超大質量天體的研究開闢了新天地。但是，這些奇異天體仍有許多待解之謎，激勵未來研究。不僅有關於它們內部結構的問題，還有如何在黑洞附近的極端條件下檢驗我們的引力理論。”
黑洞裡面是什麼，結構又是怎樣的，時間和空間在黑洞裡是怎麼樣的形態，這些都還是未解之謎。
彭羅斯指出黑洞是廣義相對論的直接結果，但在奇點的無限強引力下，這個理論就不再適用了。未來，理論物理學領域必須把物理學的兩大支柱——相對論和量子力學結合在一起，而這兩者正好在黑洞的極深處交匯。
愛因斯坦：還好我睡了，你們自己玩吧……
