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

Время страстей человеческих Время страстей человеческих

К Александру Добровинскому редакция обратилась по причине его любви к часам

Robb Report
Как сделать ваш бизнес антихрупким. Нелогичные советы по мотивам книги Нассима Талеба Как сделать ваш бизнес антихрупким. Нелогичные советы по мотивам книги Нассима Талеба

Любой предприниматель стремится к устойчивости своего бизнеса

Inc.
Ядерная Ядерная

Необычные свойства нейтронных звезд обусловлены уникальным состоянием материи

Популярная механика
9 отличных хорроров, в которых никто не умирает 9 отличных хорроров, в которых никто не умирает

Кто бы мог подумать, что можно так хорошо провести время без единого убийства?

Maxim
Элизабет Мосс: «Я была феминисткой с самых юных лет» Элизабет Мосс: «Я была феминисткой с самых юных лет»

Интервью с Элизабет Мосс о биографической драме «Ширли» и феминизме

Grazia
3 типа водителей, которые отвлекаются на смартфон 3 типа водителей, которые отвлекаются на смартфон

Сколько метров проезжает автомобиль, пока водитель смотрит на экран смартфона?

Psychologies
Какие есть игры в карты: 6 популярных вариантов для отличного вечера Какие есть игры в карты: 6 популярных вариантов для отличного вечера

Коллекция лучших карточных игр для больших компаний, пар и одиночной игры

Playboy
Серебряные коньки Серебряные коньки

Как создавалась одна из самых многообещающих лент этого года

Esquire
Как справляться с эмоциями, когда хочется накричать Как справляться с эмоциями, когда хочется накричать

Одно из самых сложных испытаний родительства – научиться управлять гневом

Домашний Очаг
10 необычных автомобилей Škoda 10 необычных автомобилей Škoda

10 самых необычных «Шкод» в истории

Популярная механика
Пауки-дейнопиды услышали жертв ногами Пауки-дейнопиды услышали жертв ногами

Эксперименты показали чувствительность этих членистоногих к широкому спектру

N+1
Офис для лётчика Офис для лётчика

Квартира для работы и переговоров

SALON-Interior
Зайки и лужайки: 6 очень плохих причин рожать ребенка Зайки и лужайки: 6 очень плохих причин рожать ребенка

На самом деле, есть только одна причина, чтобы стать матерью

Cosmopolitan
Страх и ненависть в сети Страх и ненависть в сети

Как справиться с кибербуллингом

Лиза
Зак Эфрон и другие актеры, чью карьеру едва не сгубили наркотики и алкоголь Зак Эфрон и другие актеры, чью карьеру едва не сгубили наркотики и алкоголь

Знаменитые актеры, которые смогли выбрать из зависимости

Cosmopolitan
В окрестностях Антарктиды нашли глубоководный микропластик В окрестностях Антарктиды нашли глубоководный микропластик

Эти показатели сопоставимы с загрязнением канадской реки Святого Лаврентия

N+1
Сегодня или никогда? Сегодня или никогда?

Правда может как разрушить, так и скрепить отношения между людьми

Psychologies
Врата в Ад: древнеримские жрецы убивали жертв смертельным газом Врата в Ад: древнеримские жрецы убивали жертв смертельным газом

Жуткие ритуалы языческих жрецов древнего Рима

Популярная механика
Фитнес-подсказки Фитнес-подсказки

Фитнес-тренеры отвечают на самые популярные вопросы о занятиях спортом

Худеем правильно
Видеоредакторы для Андроид: 7 лучших программ в 2020 году Видеоредакторы для Андроид: 7 лучших программ в 2020 году

Топ лучших приложений, которые помогут быстро отредактировать видео на смартфоне

CHIP
5 порнофильмов, которые больше, чем порнофильмы 5 порнофильмов, которые больше, чем порнофильмы

Что снимал Энди Уорхол, хвалил Роджер Эберт и как порнография спасала леса

Weekend
Секс-аддикция — диагноз или повод для гордости? Секс-аддикция — диагноз или повод для гордости?

Сексуальная аддикция как основа сюжета все чаще возникает в фильмах и литературе

СНОБ
Цифровой детокс: как избавиться от зависимости от смартфона Цифровой детокс: как избавиться от зависимости от смартфона

Как отдыхать от смартфонов и других гаджетов, не отрываясь от социальной жизни

CHIP
Смотреть нельзя развидеть: как определить норму в жизни и кино Смотреть нельзя развидеть: как определить норму в жизни и кино

Как мы стали слишком чувствительными и почему искусство не должно это терпеть

РБК
Между делом играем от 3 до 5 Между делом играем от 3 до 5

Во что бы поиграть с дошкольником?

Домашний Очаг
7 отличных видеоигр, которые можно пройти за 3 часа 7 отличных видеоигр, которые можно пройти за 3 часа

Игры для тех, кто не хочет или не может тратить много времени на прохождение

Популярная механика
Остановись, старение! Остановись, старение!

7 мифов об активном долголетии

Добрые советы
80 лет фильму «Великий диктатор» 80 лет фильму «Великий диктатор»

Этот фильм сулил Чаплину одни неприятности, но вовсе не от германских властей

СНОБ
Физики оценили потери атмосферы землеподобных планет в столкновениях с другими телами Физики оценили потери атмосферы землеподобных планет в столкновениях с другими телами

Физики столкнули пары твердых планетоподобных тел околоземной массы

N+1
10 советских автомобилей, которым не стыдно было оказаться иномарками 10 советских автомобилей, которым не стыдно было оказаться иномарками

Этими автомобилями могло бы гордиться не только отечество…

Maxim
Открыть в приложении