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

Стенка на стенку: пограничных барьеров Стенка на стенку: пограничных барьеров

При всем многообразии выбора забор остается лучшим способом самоизоляции

Вокруг света
DPI на мышке: насколько это важно? DPI на мышке: насколько это важно?

Как правильно выбрать компьютерную мышку и насколько выбор зависит от DPI

CHIP
Почему черные дыры — самые страшные объекты во Вселенной Почему черные дыры — самые страшные объекты во Вселенной

В черных дырах нарушаются законы физики, но это не самое страшное

Популярная механика
Протесты детских колясок: как британские женщины боролись за равные права в XX веке Протесты детских колясок: как британские женщины боролись за равные права в XX веке

История женского протеста в Великобритании

Forbes
Наушники считали выражение лица по форме щек Наушники считали выражение лица по форме щек

Американские инженеры создали наушники с функцией распознавания выражения лица

N+1
Квантовые компьютеры: смогут ли их создать и как они будут устроены Квантовые компьютеры: смогут ли их создать и как они будут устроены

Ученые рассказывают, для чего нужны квантовые компьютеры и как они их создают

Популярная механика
Как работа в опенспейсе меняет чиновников Как работа в опенспейсе меняет чиновников

Чиновникам категорически не рекомендуется работать в кабинетах

СНОБ
Как пульсар из системы Как пульсар из системы

Быстро вращающаяся звезда высосала почти всю материю из своей соседки

Популярная механика
Присела на уши Присела на уши

Ты устала от жалоб на жизнь, но как отказать подруге?

Лиза
Агент-провокатор Агент-провокатор

Почему все, что делает Morgenshtern, — это не просто рэп, а целое явление

Glamour
Умозрение в красках и числах Умозрение в красках и числах

Александр Панкин — последний представитель религиозно-математической философии

Weekend
«Пластические операции меняют меня к лучшему» «Пластические операции меняют меня к лучшему»

Как эксперты комментируют желание изменять себя хирургическими способами?

Psychologies
5 неожиданно полезных привычек 5 неожиданно полезных привычек

Оказывается, шаги к настоящему успеху и продуктивности могут быть очень простыми

Cosmopolitan
Почему Энцо Феррари ездил на «Пежо» Почему Энцо Феррари ездил на «Пежо»

Энцо Феррари ездил на автомобилях «Пежо». Так, стоп, а это вообще законно?

Maxim
«Inside out: моя неидеальная история»: Деми Мур рассказывает, как она пережила насилие «Inside out: моя неидеальная история»: Деми Мур рассказывает, как она пережила насилие

Отрывок из автобиографии Деми Мур

Esquire
Мифы о богах Мифы о богах

Рената Литвинова разговаривает с Дэмной Гвасалией о грехах, страстях и моде

Vogue
Балансирующие камни помогли уточнить время последнего сильного землетрясения Балансирующие камни помогли уточнить время последнего сильного землетрясения

Разработан новый метод оценки вероятности редких землетрясений большой амплитуды

N+1
Ренэ Герра. Ангел-хранитель Ренэ Герра. Ангел-хранитель

Шагал дарил ему рисунки, Кшесинская поила чаем, Одоевцева посвящала стихи

Караван историй
Выйти из тени: почему начинающие предприниматели выбирают режим самозанятости Выйти из тени: почему начинающие предприниматели выбирают режим самозанятости

Преимущества режима самозанятых перед ИП

Inc.
Как заниматься астрономией дома: 4 простых совета Как заниматься астрономией дома: 4 простых совета

Подсказываем, как изучать небо

Популярная механика
10 необычных автомобилей Škoda 10 необычных автомобилей Škoda

10 самых необычных «Шкод» в истории

Популярная механика
Бьюти-лайфхаки Бьюти-лайфхаки

Что нужно знать, чтобы всегда оставаться красивой

Худеем правильно
Матильда Шнурова: «Мы обязательно разобьем этот стереотип» Матильда Шнурова: «Мы обязательно разобьем этот стереотип»

Главное лицо питерской гастрономии Матильда Шнурова открыла сразу три ресторана

Grazia
В Новгороде нашли берестяную грамоту с вопросом о военном походе В Новгороде нашли берестяную грамоту с вопросом о военном походе

Уникальная берестяная грамота о военных операциях

N+1
Саундтреки к фильмам Тарантино: от худшего к лучшему Саундтреки к фильмам Тарантино: от худшего к лучшему

Отличительная черта фильмов Тарантино — саундтреки

Maxim
Фаворит Её Величества Фаворит Её Величества

Мы вспомнили самых ярких венценосных поклонниц Breguet

Robb Report
6 лучших романов о последствиях глобальных катастроф 6 лучших романов о последствиях глобальных катастроф

Подборка научной фантастики от Лю Цысиня до Эмили Сент-Джон Мандел

Популярная механика

Как Кира Найтли сделала себе имя в кино

Cosmopolitan
Татуировки каких иероглифов делают себе сами китайцы Татуировки каких иероглифов делают себе сами китайцы

Вопреки мифам, китайцы делают татуировки как и везде

Maxim
У вакит не нашли генетической предрасположенности к вымиранию У вакит не нашли генетической предрасположенности к вымиранию

Вакиты были немногочисленными на протяжении последних трехсот тысяч лет

N+1
Открыть в приложении