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

Американская мечта Американская мечта

Сказочный остров или США? Неинкорпорированная территория Америки

Вокруг света
Лиза Арзамасова. Пусть каждый день удивляет Лиза Арзамасова. Пусть каждый день удивляет

Лиза Арзамасова рассказывает о любви, доме, карьере и влиянии имени на характер

Лиза
5 теорий о том, что происходит внутри черной дыры 5 теорий о том, что происходит внутри черной дыры

Спагеттификация, информационный парадокс, параллельные вселенные и другие версии

Maxim
Везде поспел Везде поспел

Мини-программа знакомства с разными городами России

Добрые советы
На Всемирном экономическом форуме назвали 6 навыков, которые стоит развивать, чтобы вас не заменил ИИ На Всемирном экономическом форуме назвали 6 навыков, которые стоит развивать, чтобы вас не заменил ИИ

Эти 6 навыков не сможет воспроизвести ИИ

Inc.
Art&Science Art&Science

Можно ли объединить науку и искусство

Популярная механика
Индийские тихоходки засияли синим ради защиты от ультрафиолета Индийские тихоходки засияли синим ради защиты от ультрафиолета

Представители вида демонстрируют уникальные способности к выживанию

N+1
5 провальных способов похудеть, в которые поверили миллионы людей 5 провальных способов похудеть, в которые поверили миллионы людей

Общество порождало поистине чудовищные способы стать стройнее

Maxim
Bugatti сделала 1850-сильный гиперкар Bolide Bugatti сделала 1850-сильный гиперкар Bolide

Как может выглядеть бескомпромиссный автомобиль для гоночной трассы

Популярная механика
«Шарики» против «кубиков»: что мешает крупным корпорациям создать свой Google «Шарики» против «кубиков»: что мешает крупным корпорациям создать свой Google

Почему попытки корпораций создать свой Google обречены на провал

Forbes
Плакать над фильмами здорово! Плакать над фильмами здорово!

Почему мы иногда не можем сдержать слез во время просмотра фильма

Psychologies
Не Райтами едиными: 6 малоизвестных пионеров авиации Не Райтами едиными: 6 малоизвестных пионеров авиации

Без достижений этих людей авиация представляла бы собой чертовски унылое зрелище

Популярная механика
Аморальные поступки усилили вонючесть вонючего Аморальные поступки усилили вонючесть вонючего

У отвращения к запахам и суждения о неправильном — одна физиологическая основа

N+1
Водный ресурс Водный ресурс

Краткий гид по Кавказским Минеральным Водам

Лиза
Не родила, но воспитала: Фокс, Бундхен, Кларксон и другие крутые звездные мачехи Не родила, но воспитала: Фокс, Бундхен, Кларксон и другие крутые звездные мачехи

Самые добрые и ответственные мачехи среди знаменитостей

Cosmopolitan
Йогурт как биооружие: нужно ли лечить дисбактериоз Йогурт как биооружие: нужно ли лечить дисбактериоз

Существует ли диагноз «дисбактериоз» и от чего нас лечат

Популярная механика
Таруса Bien Sûr Таруса Bien Sûr

Дом, сад и хозяйка — это все как будто иллюстрации из книги об идеальной России

Seasons of life
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
«Мы прячем свои солнечные стороны» «Мы прячем свои солнечные стороны»

Стоит ли погружаться в бессознательное? Какие тайны оно скрывает?

Psychologies
Достигнута сверхпроводимость при комнатной температуре: скоро ли человечеству ждать летающие поезда Достигнута сверхпроводимость при комнатной температуре: скоро ли человечеству ждать летающие поезда

Скоро ли стоит ждать переворота в технологиях?

Forbes
Худи с петлей и пижама в полоску: как вещи со скандалом снимали с продажи Худи с петлей и пижама в полоску: как вещи со скандалом снимали с продажи

Случаи, когда модные дома отказывались от вещей из-за общественного резонанса

РБК
Что читать на выходных: фрагмент новой книги Андре Асимана «Восемь белых ночей» Что читать на выходных: фрагмент новой книги Андре Асимана «Восемь белых ночей»

Фрагмент романа «Восемь белых ночей», где расцветает мнительность главного героя

Esquire
10 необычных Audi 10 необычных Audi

Посмотрим на самые необычные Audi в истории

Популярная механика
США в 2016 году достигли мирового рекорда по количеству пластиковых отходов США в 2016 году достигли мирового рекорда по количеству пластиковых отходов

В 2016 году в США образовалось 42 миллиона тонн пластикового мусора

N+1
Мама+баба Мама+баба

Что делать, если ребенок воспитывается в неполной семье?

Добрые советы
«Старик с хорошим лицом». Как Шону Коннери удалось все — в кино и жизни «Старик с хорошим лицом». Как Шону Коннери удалось все — в кино и жизни

Творческий путь британского актера, остававшегося самим собой до конца

РБК
Ана де Армас. Девушка Бонда с фигурой Монро Ана де Армас. Девушка Бонда с фигурой Монро

Сегодня Ана де Армас — одна из самых востребованных голливудских актрис

Караван историй
Арман Давлетяров: Арман Давлетяров:

Как Арман Давлетяров изменил судьбу и стал влиятельным человеком в шоу-бизнесе

Караван историй
Ренэ Герра. Ангел-хранитель Ренэ Герра. Ангел-хранитель

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

Караван историй
Как использовать городское пространство на благо ребенка Как использовать городское пространство на благо ребенка

Как организовать пространство для ребенка, чтобы сделать развитие гармоничным

СНОБ
Открыть в приложении