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 люди верят в плоскую Землю Почему люди верят в плоскую Землю

Реальная причина, по которой люди думают, что Земля плоская, может вас удивить

Популярная механика
Дары на вечное хранение Дары на вечное хранение

Юбилейная выставка в Русском музее: поклон в пояс дарителям!

Наука и жизнь
Ядерная Ядерная

Необычные свойства нейтронных звезд обусловлены уникальным состоянием материи

Популярная механика
Самые странные примеры современной цензуры в кино, мультиках и даже эмодзи Самые странные примеры современной цензуры в кино, мультиках и даже эмодзи

Как цензура меняла фильмы, эмодзи и даже код

Maxim
Обсерватория SOFIA нашла молекулы воды в лунном кратере Обсерватория SOFIA нашла молекулы воды в лунном кратере

Астрономы обнаружили молекулы воды в грунте лунного кратера

N+1
Входит в стоимость Входит в стоимость

Действительно ли маска за 1000 рублей эффективнее, чем маска за 100?

Glamour
Из чего состоит «новая» грудь»: все, что ты хотела знать об имплантах Из чего состоит «новая» грудь»: все, что ты хотела знать об имплантах

Какие импланты ставят пластические хирурги и как оценить их качество

Cosmopolitan
Демидовы и Сан-Донато Демидовы и Сан-Донато

Известные российские промышленники Демидовы вышли из крестьян

Дилетант
В США поймали кардинала-гинандроморфа В США поймали кардинала-гинандроморфа

У этой птицы левая сторона окрашена как у самки, а правая как у самца

N+1
Жизнь взаймы: кто зарабатывает на прокате вещей миллионы и почему шеринг скоро захватит мир Жизнь взаймы: кто зарабатывает на прокате вещей миллионы и почему шеринг скоро захватит мир

У истоков шеринг-экономики стоял стартап по аренде одежды

Forbes
Между нами тает лед Между нами тает лед

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

GQ
Код доступа Код доступа

Арт-группа Recycle превращает Dior Bag в искусство

Vogue
«Homo Mutabilis» «Homo Mutabilis»

Отрывок из книги Насти Травкиной о нейробиологии «Homo Mutabilis»

N+1
«Последняя капля». София Коппола сняла фильм об отношениях между отцами и дочерьми «Последняя капля». София Коппола сняла фильм об отношениях между отцами и дочерьми

«Последняя капля» – редкий экземпляр прекрасной комедии

Forbes
Ты же девочка! Алина Фаркаш о том, как дискриминируют женщин, не замечая этого Ты же девочка! Алина Фаркаш о том, как дискриминируют женщин, не замечая этого

Как общество дискриминирует женщин и девочек

Cosmopolitan
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
В главных гендерных ролях В главных гендерных ролях

Зинаида Пронченко под хруст чурчхелы размышляет о судьбе русского кино

GQ
Из России с дизайном Из России с дизайном

Российские дизайнеры рассказывают, как им удалось открыть “окно в Европу”

AD
Непротивление и насилие Непротивление и насилие

Алексей Васильев о фильме «Сандакан, публичный дом №8» и кинематографе Кэя Кумаи

Weekend
Сколько стоит поднять на перехват истребитель в России Сколько стоит поднять на перехват истребитель в России

И что это, собственно, такое — перехват?

Maxim
«Как квакеры спасали Россию» «Как квакеры спасали Россию»

Работа квакерской миссии, заставшей революцию 1917 года в Бузулукском уезде

N+1
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
Сколько в пересчёте на современные деньги заработали, потратили и проиграли персонажи старых книг Сколько в пересчёте на современные деньги заработали, потратили и проиграли персонажи старых книг

Расставаться с деньгами легко и приятно, если они вымышленные

Maxim
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
Слушай, вдохновляй, мири: 50 оттенков эмоционального обслуживания Слушай, вдохновляй, мири: 50 оттенков эмоционального обслуживания

Что такое эмоциональное обслуживание, почему его требуют чаще от женщин

Cosmopolitan
Зайки и лужайки: 6 очень плохих причин рожать ребенка Зайки и лужайки: 6 очень плохих причин рожать ребенка

На самом деле, есть только одна причина, чтобы стать матерью

Cosmopolitan
В свободном плавании В свободном плавании

Елена Лядова о том, чем она живет здесь и сейчас

Glamour
Нелюбимая жена — мать нелюбимого сына Нелюбимая жена — мать нелюбимого сына

Судьба Евдокии Лопухиной сложилась драматично

Дилетант
Звук тишины Звук тишины

Шесть простых стратегий для успокоения ума

Yoga Journal
Олд, фэшн! Олд, фэшн!

Герои ресейла рассказывают, почему вторичное использование — это круто

Собака.ru
Открыть в приложении