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

Почему Facebook заставляют продавать Instagram и WhatsApp Почему Facebook заставляют продавать Instagram и WhatsApp

Facebook обвинили в доминирующем положении на рынке соцсетей

Forbes
Огнем и волной Огнем и волной

3D-печать на сегодня – один из столпов мирового технического прогресса

Популярная механика
Ядерная Ядерная

Необычные свойства нейтронных звезд обусловлены уникальным состоянием материи

Популярная механика
Не жизнь, а кино Не жизнь, а кино

Наладить отношения с партнером поможет искусство!

Лиза
«Самый популярный мальчик на земле»: как 18-летний сирота из Оренбурга стал звездой TikTok и зарабатывает 2 млн рублей в месяц «Самый популярный мальчик на земле»: как 18-летний сирота из Оренбурга стал звездой TikTok и зарабатывает 2 млн рублей в месяц

Год назад Даня Милохин работал официантом в анапском кафе и мечтал о Москве

Forbes
Алла Демидова. Я никогда не шла против судьбы Алла Демидова. Я никогда не шла против судьбы

Алла Демидова рассказывает о своей актерской судьбе

Караван историй
Дочь Бората — секретное оружие Саши Барона Коэна. Что известно об актрисе Марии Бакаловой, которая ее сыграла? Дочь Бората — секретное оружие Саши Барона Коэна. Что известно об актрисе Марии Бакаловой, которая ее сыграла?

Болгарская актриса Мария Бакалова стала настоящим открытием

Esquire
Алена Хмельницкая и Александра Кеосаян. В жизни нет ничего случайного Алена Хмельницкая и Александра Кеосаян. В жизни нет ничего случайного

Большое интервью с Аленой Хмельницкой и Александрой Кеосаян

Караван историй
Клетки спинного мозга восстановили внутри живого организма Клетки спинного мозга восстановили внутри живого организма

Ученые выяснили, что внутри организма можно направленно создавать нервные клетки

Популярная механика
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
«Мифы о диетах. Наука о том, что мы едим» «Мифы о диетах. Наука о том, что мы едим»

Отрывок из книги Тима Спектора о диетах

N+1
В свете полной луны… В свете полной луны…

...происходят странные вещи с поведением животных

Вокруг света
Привратник интернета: чем Google грозит иск от властей США Привратник интернета: чем Google грозит иск от властей США

Google обвиняют в том, он монополизировал рынок поиска и поисковой рекламы

Forbes
В чём сила опционов, чем они опасны и как всё правильно посчитать В чём сила опционов, чем они опасны и как всё правильно посчитать

Как использовать опционы?

Inc.
Почему Россия не берет Тбилиси Почему Россия не берет Тбилиси

Вплоть до 2020 года Москва действовала жестко, но умеренно

СНОБ
Метод антижир Метод антижир

Как построить питание, чтобы наедаться, но не перебирать калорий?

Худеем правильно
Путешествие на выходные: что посмотреть в Калининграде и рядом с ним Путешествие на выходные: что посмотреть в Калининграде и рядом с ним

Главные локации, наверное, самого европейского города России

Esquire
Между нами тает лед Между нами тает лед

Ключ к жизни и смерти на Земле лежит через антарктическое озеро Восток

GQ
И думать забудь! 10 вещей, которые никогда нельзя надевать на свадьбу подруги И думать забудь! 10 вещей, которые никогда нельзя надевать на свадьбу подруги

Прежде чем отправиться за нарядом для свадьбы, прочти наш список модных табу!

Cosmopolitan
Во имя будущего Во имя будущего

Российские селебрити — в проекте, посвященном правам животных

OK!
О питании зимой О питании зимой

Для поддержания себя в холодное время года особенно важно питание

Yoga Journal
«Артемида» и мы: будет ли Россия участвовать в лунном проекте NASA «Артемида» и мы: будет ли Россия участвовать в лунном проекте NASA

NASA объявило о подписании семью странами «Аккордов Артемиды»

N+1
Как выйти из безопасного режима на Андроид Как выйти из безопасного режима на Андроид

Что делать, если Safe Mode на андроиде включился автоматически?

CHIP
Настя Паутова Настя Паутова

Студентка Льва Эренбурга придумывает мемы про Бродского и Тарковского

Собака.ru
Правило №58. Вам доступны обновления. Загрузить сейчас? Правило №58. Вам доступны обновления. Загрузить сейчас?

Коуч Алексей Ситников объясняет, как сделать апгрейд своей личности

Tatler
10 способов манипулировать человеческим мозгом 10 способов манипулировать человеческим мозгом

Ученые постоянно изучают, как работает человеческий мозг

Популярная механика
Семь экранизаций, финал которых отличается от книги Семь экранизаций, финал которых отличается от книги

Как изменить финал экранизации так, чтобы получить за это кинопремию

Maxim
Марина Жигалова: Марина Жигалова:

Продюсер Марина Жигалова о тенденциях в кинематографе

Cosmopolitan
7 необычных видов древнего оружия, о которых ты, скорее всего, даже не слышал 7 необычных видов древнего оружия, о которых ты, скорее всего, даже не слышал

Удивительно, как изобретательны были наши предки!

Maxim
Правильный фокус: 10 советов, которые помогут повысить личную эффективность Правильный фокус: 10 советов, которые помогут повысить личную эффективность

Как улучшить память, концентрацию и продуктивность мозга

Forbes
Открыть в приложении