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

Нарушение обмена веществ: почему растет вес и портится кожа Нарушение обмена веществ: почему растет вес и портится кожа

Как понять, что с обменом веществ начались проблемы, и что делать потом?

Cosmopolitan
Будет больно Будет больно

Я живу на три города – так вышло. В каждом у меня по женщине

Esquire
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
Тернистый путь к стройности Тернистый путь к стройности

Эксперты помогают выбрать специалиста, который поможет справиться с лишним весом

Худеем правильно
Функциональная структура вместо продуктовой и один главный управляющий — Тим Кук: как организованы процессы в Apple Функциональная структура вместо продуктовой и один главный управляющий — Тим Кук: как организованы процессы в Apple

Основные принципы Apple, которые помогают не вязнуть ей в бюрократии

VC.RU
Ученая степень и еще 9 удивительных фактов о Валерии Меладзе Ученая степень и еще 9 удивительных фактов о Валерии Меладзе

Чувственный тембр Валерия Меладзе до сих пор сводит с ума миллионы женщин России

Cosmopolitan
На светлой стороне На светлой стороне

Какими лампами и светильниками оборудовать рабочее место, чтобы сберечь зрение

Лиза
Двойное проникновение труда и капитала Двойное проникновение труда и капитала

Английском вариант истории порноиндустрии в мини-сериале «Трудовые будни»

Weekend
Мозг новорожденных оказался эмоционально неспецифичным Мозг новорожденных оказался эмоционально неспецифичным

Миндалевидное тело при рождении хуже связано с отделами обработки информации

N+1
Главные подкастеры страны Главные подкастеры страны

Как студия «Либо/Либо» зарабатывают на подкастах

Inc.
Как бренды борются сегодня за аудиторию и зачем им «человеческое лицо» Как бренды борются сегодня за аудиторию и зачем им «человеческое лицо»

Сторителлинг стал главным оружием брендов в борьбе за лояльную аудиторию

РБК
Александр Паль: «Я могу быть очень несговорчивым» Александр Паль: «Я могу быть очень несговорчивым»

Александр Паль – о том, как он пытался спрятаться от народной любви

Cosmopolitan
6 странных (но работающих) способов есть меньше 6 странных (но работающих) способов есть меньше

Избавься от лишних сантиметров на талии, практически ничего для этого не делая!

Maxim
Новый киноязык Новый киноязык

GQ поговорил с актерами и продюсерами фильма «Кто-нибудь видел мою девчонку?»

GQ
Что читать: новый сборник Людмилы Улицкой «Бумажный театр» Что читать: новый сборник Людмилы Улицкой «Бумажный театр»

Фрагмент из новой книги Людмилы Улицкой о театре

Esquire
Курица разбитых фонарей Курица разбитых фонарей

«Экстремальная работа» — корейская комедия, ставшая международной франшизой

Weekend
Хороший человек — не профессия? Хороший человек — не профессия?

«Хороший человек — не профессия», — твердили родители многим

Psychologies
Ищем мужчину мечты: как подготовиться к поискам? Ищем мужчину мечты: как подготовиться к поискам?

Отправляясь на поиски мужчины своей мечты, стоит проверить свой багаж

Psychologies
Юбилейное признание в любви к Никите Михалкову Юбилейное признание в любви к Никите Михалкову

Признание в любви самому спорному российскому кинорежиссеру Никите Михалкову

СНОБ
Красный пояс: как семья Ротенбергов меняет российский спорт Красный пояс: как семья Ротенбергов меняет российский спорт

Широкий спектр спортивных интересов семьи Ротенбергов

Forbes
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
Трагическое наследство Трагическое наследство

Как Катерина Босов оказалась втянутой в борьбу за активы мужа

Forbes
Не надо паники! Не надо паники!

Что такое паническая атака, как ее избежать и как лечится такое состояние

Добрые советы
История одной песни: «Runaway Train» Soul Asylum, 1992 История одной песни: «Runaway Train» Soul Asylum, 1992

Песня, при помощи которой люди находили пропавших детей

Maxim
Водителя лишили прав на пустом месте. Как не попасть в такую ловушку Водителя лишили прав на пустом месте. Как не попасть в такую ловушку

Как не стать жертвой автоподставы?

РБК
Кто еще живет на глубине Кто еще живет на глубине

Удивительные существа подводного мира Тихого океана

Популярная механика
10 безумных попыток человечества управлять погодой 10 безумных попыток человечества управлять погодой

Метеорологи давно поняли, что природа непостижима и непредсказуема…

Maxim
Как стартапы ищут бизнес-ангелов и зачем инвесторы рискуют своими деньгами. Отвечаем на базовые вопросы про инвестиции Как стартапы ищут бизнес-ангелов и зачем инвесторы рискуют своими деньгами. Отвечаем на базовые вопросы про инвестиции

Разбираемся в мифах, которые окружают стартап-культуру

Inc.
«Каждую секунду я боялась, что муж вернется и убьет меня» «Каждую секунду я боялась, что муж вернется и убьет меня»

Эту историю нам рассказала женщина, прошедшая через ад домашнего насилия

Psychologies
Правила жизни Сергея Бондарчука Правила жизни Сергея Бондарчука

Правила жизни советского и российского кинорежиссёра Сергея Бондарчука

Esquire
Открыть в приложении