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

Ядерная Ядерная

Необычные свойства нейтронных звезд обусловлены уникальным состоянием материи

Популярная механика
Духовные ценности Духовные ценности

Как стать ближе к природе, избавиться от стресса и познать себя

Grazia
От семьи до тюрьмы От семьи до тюрьмы

Судьи не рассматривают домашнее насилие как системное нарушение прав человека

РБК
Мисс Совершенство: что делать, если ты не она? Мисс Совершенство: что делать, если ты не она?

Что делать, если кажется, что ты никогда не получишь титул "Мисс Совершенство"?

Cosmopolitan
История возникновения 7 счастливых примет и талисманов История возникновения 7 счастливых примет и талисманов

Если чёрный кот перебежал дорогу, кинь семь подков через левое плечо

Maxim
«Вы и ваши гормоны. Наука о женском здоровье и гормональной контрацепции» «Вы и ваши гормоны. Наука о женском здоровье и гормональной контрацепции»

О женском организме и о том, что науке известно о влиянии противозачаточных

N+1
Язвы общества Язвы общества

Три петербургские дивы перешли от вежливых смол-токов к горячим темам

Собака.ru
Времена года Времена года

Проект ландшафтного дизайна, созданный буквально в чистом поле

SALON-Interior
Из пункта А-А-А-А-А! Семь ужаснейших дорог планеты Из пункта А-А-А-А-А! Семь ужаснейших дорог планеты

Самые плохие дороги, по которым лучше не передвигаться вообще.

Maxim
Как объяснить паранормальные явления — от призраков до похищений пришельцами — с точки зрения науки и логики Как объяснить паранормальные явления — от призраков до похищений пришельцами — с точки зрения науки и логики

Почему мы верим в паранормальные явления?

Maxim
10 лучших японских компьютерных игр 10 лучших японских компьютерных игр

Лучшие японские видеоигры с локализацией хотя бы на английский

Maxim
7 лучших фильмов на Хеллоуин 7 лучших фильмов на Хеллоуин

Если вам надоели все самые страшные хорроры, посмотрите эти фильмы

GQ
Бизнес с хорошей пластикой Бизнес с хорошей пластикой

Юрий Гребе наладил бизнес по производству инженерных пластиков и изделий

Эксперт
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
Правила жизни Сергея Бондарчука Правила жизни Сергея Бондарчука

Правила жизни советского и российского кинорежиссёра Сергея Бондарчука

Esquire
Следствие на крови Следствие на крови

Каким пыткам подвергался сын Петра I

Дилетант
На светлой стороне На светлой стороне

Какими лампами и светильниками оборудовать рабочее место, чтобы сберечь зрение

Лиза
1Blocker: как программист из татарского посёлка зарабатывает миллионы с двумя сотрудниками на удалёнке 1Blocker: как программист из татарского посёлка зарабатывает миллионы с двумя сотрудниками на удалёнке

Салават Ханов — о том, что изменило его жизнь и за что он получил хейт

Inc.
«Я там, где теория эволюции» «Я там, где теория эволюции»

Основатель КРОК Борис Бобровников занялся кардинальной перестройкой ее бизнеса

Эксперт
Как снять свой фильм и не облажаться: подробный гид начинающего киношника Как снять свой фильм и не облажаться: подробный гид начинающего киношника

Заряжаемся уверенностью и начинаем снимать свой фильм

Playboy
«У нее секс есть»: Талызина пояснила, как Брыльска стала звездой «Иронии судьбы» «У нее секс есть»: Талызина пояснила, как Брыльска стала звездой «Иронии судьбы»

Почему Эльдар Рязанов выбрал польскую актрису на главную роль?

Cosmopolitan
Речной дворец Речной дворец

Северный речной вокзал открылся после масштабной реставрации

AD
5 советов, которые помогут не выгореть в приложениях для знакомств 5 советов, которые помогут не выгореть в приложениях для знакомств

Почему мы не можем остановиться на ком-то одном и продолжаем искать?

Psychologies
Уравнение правосудия, или Какова вероятность повторного преступления Уравнение правосудия, или Какова вероятность повторного преступления

Отрывок из книги «Время живых машин. Биологическая революция в технологиях»

СНОБ
С Востока на Запад: Джеки Чан, Джет Ли и другие азиаты, покорившие Голливуд С Востока на Запад: Джеки Чан, Джет Ли и другие азиаты, покорившие Голливуд

Вспоминаем самые громкие азиатские имена в голливудском кино

Cosmopolitan
Пенелопа Крус: «В каждом фильме начинаю всё с нуля» Пенелопа Крус: «В каждом фильме начинаю всё с нуля»

Пенелопа Крус – о карьере парикмахера, упрямстве и умении радоваться мелочам

Cosmopolitan
Усадьба блюз Усадьба блюз

Лучшие места для осеннего отдыха в России

Добрые советы
Как избежать токсичных отношений: рассуждает Михаил Лабковский Как избежать токсичных отношений: рассуждает Михаил Лабковский

Токсичными отношениями сейчас называют отношения невротические

Cosmopolitan
Диета до родов: как питаться на 9 месяце беременности? Диета до родов: как питаться на 9 месяце беременности?

Какую диету соблюдение специальной диеты до родов

9 месяцев
Кого и в каком количестве убивают сексизм и гомофобия Кого и в каком количестве убивают сексизм и гомофобия

Глава из книги Васи Дж. Балакина «Спасибо бабе за победу!»

СНОБ
Открыть в приложении