Нобелевскую премию 2020 года по физике присудили за исследования черных дыр

N+1Наука

И все-таки они существуют

Нобелевскую премию 2020 года по физике присудили за исследования черных дыр

Александр Дубов

Нобелевский комитет в этом году дал премию по физике за работы, посвященные черным дырам. Половина премии ушла современному классику общей теории относительности Роджеру Пенроузу (Roger Penrose) с формулировкой «за открытие, что образование черных дыр является строгим следствием общей теории относительности». Вторую половину премии поделили между собой астрофизики Райнхард Генцель (Reinhard Genzel) и Андреа Гэз (Andrea Ghez) — «за открытие сверхмассивного компактного объекта в центре Галактики».

Фактически, Нобелевский комитет поделил премию между теоретическим описанием черных дыр (строгое математическое доказательство существования сингулярности в центре дыр и исследование процесса их образования) и экспериментальным подтверждением существования такого объекта в центре Млечного Пути.

Черные дыры

Изначально черная дыра — чисто теоретическая концепция, существовавшая исключительно в рамках общей теории относительности. Это область пространства-времени, которую ни материя ни свет не могут покинуть из-за слишком сильного гравитационного притяжения. То, что подобные объекты возможны, стало ясно сразу же после того, как в 1915 году были сформулированы уравнения Эйнштейна.

Уже в январе 1916 года Карл Шварцшильд предложил точное решение уравнений, которое описывает кривизну пространства-времени вокруг невращающегося сферически-симметричного массивного объекта. Это решение допускает возможность существования черных дыр и фактически вводит понятие горизонта событий — поверхности, расположенной на определенном расстоянии (которое называют радиусом Шварцшильда) от центра объекта и разделяющей две области пространства-времени. Снаружи от горизонта любые две точки пространства-времени можно соединить светоподобными линиями (то есть два события можно связать друг лучом света), а вот с точкой под горизонтом событий никакую точку за его пределами так связать нельзя. Это фактически и означает, что свет или вещество, попавшие внутрь черной дыры (то есть преодолев горизонт событий), уже не могут ее покинуть.

Сингулярность внутри черной дыры

По этой же причине любая информация о том, что происходит со светом или веществом внутри черной дыры, недоступна для наблюдателя: информационные сигналы из черной дыры просто не могут вырваться наружу. Единственный способ «общения» черной дыры с абстрактным наблюдателем — с помощью гравитационного поля и искривления пространства-времени.

Сингулярности внутри

В 1939 году Роберт Оппенгеймер и Хартланд Снайдер предположили, что в геометрии Шварцшильда в результате гравитационного коллапса сферического пылевого облака должны возникать сингулярности — точки, где кривизна пространства и плотность становятся бесконечными. Гравитационные и квантовые эффекты при приближении к центру объекта искривляют пространство-время и разрушают изначальную геометрию. Пенроуз расширил рассмотрение подобных объектов на общий случай и в 1965 году опубликовал работу, за которую сейчас фактически и получил Нобелевскую премию.

Ученый сформулировал теорему о сингулярностях. Он рассмотрел эволюцию объектов с горизонтом событий (то есть фактически черных дыр) и показал, что внутри таких объектов возникновение сингулярностей неизбежно. При этом плотность материи в момент формирования горизонта событий еще может быть и не слишком большой — не больше плотности Земли или Солнца. Фактически эта работа — строгое математическое доказательство с помощью метода конформного преобразования, что ничто в черной дыре не может предотвратить гравитационный коллапс и появление сингулярности.

«Сформулировать теорему Пенроуза можно так, — объясняет академик РАН Валерий Рубаков. — Если у вас получилась поверхность типа горизонта событий, то есть область, из которой световые лучи не могут выйти наружу, то в будущем обязательно сформируется сингулярность — область с бесконечной плотностью энергии и бесконечной кривизной пространства. А значит, в любой черной дыре обязательно образуется сингулярность. Пенроуз доказал, что это не просто свойство конкретного решения, а общая ситуация».

К решению Нобелевского комитета Рубаков относится неоднозначно: «Решение дать премию Пенроузу мне кажется странноватым, потому что сингулярность никто не видел, и никто ее не увидит. Поэтому прав он или нет — это неизвестно, экспериментально это не доказано, и не будет доказано. А обычно премию давали за нечто, что доказано в эксперименте».

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Неожиданные предметы, которые побывали на Луне Неожиданные предметы, которые побывали на Луне

На Луне побывали, например, непочатая бутылка бренди и молоток

Maxim
«Отдала им деньги, и только потом дошло». 4 новых схемы автоподставщиков «Отдала им деньги, и только потом дошло». 4 новых схемы автоподставщиков

Как мошенники разводят водителей на деньги

РБК
Глаз - алмаз: что, если бы у людей было орлиное зрение Глаз - алмаз: что, если бы у людей было орлиное зрение

От чего вы готовы отказаться ради того, чтоб обладать орлиным зрением?

Популярная механика
«Мой дом называют клиникой неврозов» «Мой дом называют клиникой неврозов»

Для актрисы Марии Ароновой нет ничего невозможного

OK!
Простые карточные фокусы: 9 трюков для начинающих волшебников Простые карточные фокусы: 9 трюков для начинающих волшебников

Подборка самых легких для освоения карточных трюков

Playboy
Северный ветер приближается Северный ветер приближается

Рената Литвинова и ее дочь Ульяна Добровская в Кронштадте

Собака.ru
Мэттью МакКонахи: «Мы сами авторы истории нашей жизни, которая потом станет траурной речью на наших похоронах» Мэттью МакКонахи: «Мы сами авторы истории нашей жизни, которая потом станет траурной речью на наших похоронах»

Мы встретились с самым непринужденным и спокойным актером в Голливуде

GQ
5 причин, почему ученые до сих пор считают, что мы не одиноки во Вселенной 5 причин, почему ученые до сих пор считают, что мы не одиноки во Вселенной

Какая вероятность встретить инопланетян прямо сегодня?

Maxim
10 безумных японских изобретений 10 безумных японских изобретений

Чиндогу — полезные, но нелепые японские изобретения

Популярная механика
Химерный белок улучшил регенерацию трансгенной пшеницы Химерный белок улучшил регенерацию трансгенной пшеницы

Теперь готовые растения можно получить в полтора раза быстрее

N+1
Осенняя бессонница: что делать, чтобы быстро уснуть Осенняя бессонница: что делать, чтобы быстро уснуть

Осенью днем мы все время хотим спать, а ночью не можем заснуть

Cosmopolitan
«Перепридумать TikTok вряд ли получится»: что не так с сервисами YouTube и Facebook для создания коротких видео «Перепридумать TikTok вряд ли получится»: что не так с сервисами YouTube и Facebook для создания коротких видео

Смогут ли новые игроки откусить кусок «тиктоковского пирога»

Forbes
Мозг человека оказался с рождения предрасположен к зрительному восприятию букв и слов Мозг человека оказался с рождения предрасположен к зрительному восприятию букв и слов

Люди рождаются с зоной зрительной коры

N+1
10 неизвестных фактов о первых современных Олимпийских играх 10 неизвестных фактов о первых современных Олимпийских играх

Какой была первая современная Олимпиада

Популярная механика
Почему теннисные корты больше не делают синего цвета Почему теннисные корты больше не делают синего цвета

Раньше трава была зеленее, а теннисные корты — синее

Maxim
Самые странные случаи цензуры и запретов компьютерных игр в разных странах Самые странные случаи цензуры и запретов компьютерных игр в разных странах

Тетрис тоже может оскорблять чьи-то чувства!

Maxim
Miyagi Miyagi

Что рэпер Miyagi думает о русском хип-хопе, дорогих студиях и лейблах

ЖАРА Magazine
Шоу иллюзий братьев Романовых с их полным разоблачением Шоу иллюзий братьев Романовых с их полным разоблачением

Интервью с актерами триллера «Смертельные иллюзии»

OK!
Багира Киплинга: паук с нетипичными пищевыми предпочтениями Багира Киплинга: паук с нетипичными пищевыми предпочтениями

Паук, который питается преимущественно растительной пищей

National Geographic
Закрыв глаза Закрыв глаза

Новая российская парфюмерная марка Pure Sense — это проект про жажду жизни

Seasons of life
Почему кружится голова? Мнение психотерапевта Почему кружится голова? Мнение психотерапевта

Знакомо ли вам чувство, когда голова идет кругом и земля уплывает из-под ног?

Psychologies
«А затем вдруг меня что-то схватило»: отрывок из нового триллера Ю Несбё «А затем вдруг меня что-то схватило»: отрывок из нового триллера Ю Несбё

Отрывок из нового романа Ю Несбё — «Королевство»

Forbes
Зря подешевели Зря подешевели

Почему резкое снижение ставок не привело к росту кредитования малого бизнеса

Эксперт
Как правильно увольняться Как правильно увольняться

Как расстаться с опостылевшей работой максимально безболезненно

Maxim
Российские журналисты о происходящем в Нагорном Карабахе Российские журналисты о происходящем в Нагорном Карабахе

Журналисты про обострение конфликта в Нагорном Карабахе

СНОБ
100 самых честных правил мужского гардероба! Часть 2: костюм, брюки, джинсы 100 самых честных правил мужского гардероба! Часть 2: костюм, брюки, джинсы

Бескомпромиссные советы по стилю

Maxim
Автоматизация права: какие возможности пандемия открыла для LegalTech Автоматизация права: какие возможности пандемия открыла для LegalTech

Как технические инновации влияют на правовой сервис и экспертизу

Forbes
Девушка не отвечает на сообщения: 16 возможных причин, почему она тебя игнорит Девушка не отвечает на сообщения: 16 возможных причин, почему она тебя игнорит

Список причин, почему собеседница молчит в переписке.

Playboy
Максим Лапшин: Как видеонаблюдение помогает и мешает горожанам Максим Лапшин: Как видеонаблюдение помогает и мешает горожанам

Что такое умный город и зачем ему видеокамеры?

СНОБ
Беспокойная ночь Беспокойная ночь

Как мексиканцы отмечают День мертвых

Вокруг света
Открыть в приложении