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

10 захватывающих фактов про чёрную дыру 10 захватывающих фактов про чёрную дыру

После прочтения этого материала ты навсегда перестанешь их бояться

Maxim
Голых землекопов уличили в оккупации соседних колоний и воровстве детенышей Голых землекопов уличили в оккупации соседних колоний и воровстве детенышей

Высокий уровень агрессии объясняет, почему колонии этих грызунов многочисленны

N+1
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
Юлдус Бахтиозина Юлдус Бахтиозина

Главная царевна современного искусства

Собака.ru
Шаг вперёд Шаг вперёд

Высокотехнологичный современный интерьер для молодого мужчины

SALON-Interior
Выйти из кабинета: станут ли российские чиновники эффективнее работать в модном офисе Выйти из кабинета: станут ли российские чиновники эффективнее работать в модном офисе

Какие преимущества и риски ожидают чиновников, отказавшихся от кабинетов

Forbes
Мисс Израиль, инструктор по боевым действиям и чудо-женщина. Как актриса Галь Гадот попала в рейтинг Forbes c $31,5 млн Мисс Израиль, инструктор по боевым действиям и чудо-женщина. Как актриса Галь Гадот попала в рейтинг Forbes c $31,5 млн

Как Галь Гадот удалось попала в рейтинг Forbes

Forbes
Девочка с табличками Девочка с табличками

Как режиссер Натан Гроссман пытается рассказать историю Греты Тунберг

Weekend
(Не) жить за семерых (Не) жить за семерых

Нерожденные или умершие дети остаются незримо с нами

Psychologies
10 безумных прототипов оружия в современной истории 10 безумных прототипов оружия в современной истории

Лучшие примеры одновременно смертоносного и странного оружия

Maxim
Стареющие шимпанзе предпочли крепкую дружбу новым знакомствам Стареющие шимпанзе предпочли крепкую дружбу новым знакомствам

Чем старше становятся шимпанзе, тем уже становится круг их друзей

N+1
Мужской мозг отличился большей вариативностью Мужской мозг отличился большей вариативностью

Особенно ярко гендерные различия мозга выражены в молодом возрасте

N+1
100 самых честных правил мужского гардероба! Часть 1: верхняя одежда, пиджак, рубашка 100 самых честных правил мужского гардероба! Часть 1: верхняя одежда, пиджак, рубашка

Как быть, если хочется добавить в образ солидности?

Maxim
В окрестностях Антарктиды нашли глубоководный микропластик В окрестностях Антарктиды нашли глубоководный микропластик

Эти показатели сопоставимы с загрязнением канадской реки Святого Лаврентия

N+1
«Надо помнить о том, что чума проходит, а Рим — вечен»: каким был «итальянский рай» Иосифа Бродского «Надо помнить о том, что чума проходит, а Рим — вечен»: каким был «итальянский рай» Иосифа Бродского

Интервью с автором книги «Иосиф Бродский в Риме» Юрием Левингом

Forbes
6 приложений и расширений, помогающих сфокусироваться (успевай больше) 6 приложений и расширений, помогающих сфокусироваться (успевай больше)

Лучшие друзья в борьбе за повышение продуктивности

Playboy
«Загадка падающей кошки и фундаментальная физика» «Загадка падающей кошки и фундаментальная физика»

Отрывок из книги физика Грегори Гбура о важности механики падения кошек

N+1
10 фактов о Хоакине Фениксе (плюс редкие фотографии) 10 фактов о Хоакине Фениксе (плюс редкие фотографии)

Возможно, Хоакин Феникс — величайший киноактер современной Америки

Maxim
Как правильно делать планку: все способы и подробные инструкции Как правильно делать планку: все способы и подробные инструкции

Стоя в планке каждый день по паре минут, вы быстро похудеете и подкачаетесь

Cosmopolitan
Даосская система «пяти элементов»: как избавиться от осенней хандры Даосская система «пяти элементов»: как избавиться от осенней хандры

Как легко и быстро выйти из осенней хандры?

Psychologies
Рано повзрослевшие дети: станут ли они хорошими родителями и партнерами? Рано повзрослевшие дети: станут ли они хорошими родителями и партнерами?

Как влияет опыт рано повзрослевших детей на их взрослую жизнь?

Psychologies
Проблема чайного пакетика: почему чай “сбегает” из чашки Проблема чайного пакетика: почему чай “сбегает” из чашки

Как остановить чайный побег из кружки

Популярная механика
CEO Google Сундар Пичаи назвал два главных принципа для успешной жизни CEO Google Сундар Пичаи назвал два главных принципа для успешной жизни

Что помогло Сундару Пичаи найти дело жизни и достичь успеха в карьере?

Inc.
«Гарри пришел в ярость»: принц Уильям разозлил брата кознями против Меган Маркл «Гарри пришел в ярость»: принц Уильям разозлил брата кознями против Меган Маркл

Трещина в отношениях сыновей покойной принцессы Дианы

Cosmopolitan
6 повседневных предметов, которые очень пригодятся во время апокалипсиса 6 повседневных предметов, которые очень пригодятся во время апокалипсиса

Думал, во время апокалипсиса тебе понадобятся только гречка, бронежилет?

Maxim
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
Фредрик Бакман: Тревожные люди Фредрик Бакман: Тревожные люди

Отрывок из новой книги Фредрика Бакмана о неудачном грабителе и его заложниках

СНОБ
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
От Волги до Енисея: как раскрыть кинематографичность российских регионов От Волги до Енисея: как раскрыть кинематографичность российских регионов

Как привлечь в российскую глубинку отечественные и зарубежные съемочные группы

Forbes
Арагорн, Люцифер, Фрейд: удивительная жизнь актера и художника Вигго Мортенсена Арагорн, Люцифер, Фрейд: удивительная жизнь актера и художника Вигго Мортенсена

Творческая биография Вигго Мортненсена отнюдь не ограничивается Арагорном!

Cosmopolitan
Открыть в приложении