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

Какое оружие брали с собой космонавты и зачем Какое оружие брали с собой космонавты и зачем

За пределами стратосферы побывало немало оружия

Популярная механика
Екатерина Гришина: Как лидеру вывести коллектив из кризиса Екатерина Гришина: Как лидеру вывести коллектив из кризиса

Испытания, пережитые коллективом, подталкивают

СНОБ
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
Сериал «Птица доброго Господа»: Джон Браун – одна из лучших ролей Итана Хоука Сериал «Птица доброго Господа»: Джон Браун – одна из лучших ролей Итана Хоука

Итак Хоук играет настоящего психопата, абсурдного и религиозного фанатика

GQ
В области балета В области балета

Сергей Дягилев — феномен русского балета и создатель легендарных русских сезонов

Вокруг света
Пицца, сгущенка и картофель фри: что на самом деле едят модели Пицца, сгущенка и картофель фри: что на самом деле едят модели

Модели делятся секретами стройной фигуры, которые не исключают любимых блюд

РБК
Присела на уши Присела на уши

Ты устала от жалоб на жизнь, но как отказать подруге?

Лиза
Нордическая диета Нордическая диета

Скандинавский тип питания – это очень вкусно и полезно

Здоровье
Помада на зубах и еще 9 непростительных «ляпов», которые испортят любой макияж Помада на зубах и еще 9 непростительных «ляпов», которые испортят любой макияж

Эти 10 проколов способны испортить любой мейкап

Cosmopolitan
Как познакомиться со всеми на новой работе: 5 главных правил Как познакомиться со всеми на новой работе: 5 главных правил

Первое впечатление очень важно

Playboy
Опасно! 10 худших вещей, которые ты можешь сделать со своими волосами Опасно! 10 худших вещей, которые ты можешь сделать со своими волосами

Больше никогда так не поступай со своими волосами

Cosmopolitan
И на экране твой любимый герой… И на экране твой любимый герой…

История мистера Дарси из сериала «Гордость и предубеждение» 1995 года

Лиза
Нина Шацкая: «Я очень долго стучалась в закрытые двери» Нина Шацкая: «Я очень долго стучалась в закрытые двери»

Нина Шацкая — о своем опыте участия в конкурсах, пении и музыкальной карьере

Караван историй
30 лет «Сапёру»: 5 фактов о главной офисной забаве 30 лет «Сапёру»: 5 фактов о главной офисной забаве

«Косынка» для настоящих мужчин!

Maxim
Валя Карнавал Валя Карнавал

Тиктокерша Валя Карнавал о том, чего никогда не будет в ее видосах

ЖАРА Magazine
«Моя Шарлотта – это катастрофа»: принц Уильям рассказал о детях от Кейт Миддлтон «Моя Шарлотта – это катастрофа»: принц Уильям рассказал о детях от Кейт Миддлтон

Принц Уильям рассказал о своей семье, отношении к природе и экологии

Cosmopolitan
10 лет назад Билл Гейтс и Уоррен Баффетт пообещали раздать свои деньги. С тех пор их состояние удвоилось 10 лет назад Билл Гейтс и Уоррен Баффетт пообещали раздать свои деньги. С тех пор их состояние удвоилось

Почему благотворительная компания «Клятва дарения» не сработала?

Inc.
Зачем марсоходу лазер: свет далеких планет Зачем марсоходу лазер: свет далеких планет

Ученые отправят на Марс приборы, которые помогут кораблям выбрать место посадки

Популярная механика
Правила жизни Сигурни Уивер Правила жизни Сигурни Уивер

Правила жизни актрисы Сигурни Уивер

Esquire
Новые иммунные клетки восстановили поврежденные отростки нейронов Новые иммунные клетки восстановили поврежденные отростки нейронов

Эти клетки способны восстанавливать нейроны оптического нерва и спинного мозга

N+1
Код доступа Код доступа

Арт-группа Recycle превращает Dior Bag в искусство

Vogue
Какие есть игры в карты: 6 популярных вариантов для отличного вечера Какие есть игры в карты: 6 популярных вариантов для отличного вечера

Коллекция лучших карточных игр для больших компаний, пар и одиночной игры

Playboy
Судьбы участниц шоу «Топ-модель по-русски»: семейные драмы и громкий успех Судьбы участниц шоу «Топ-модель по-русски»: семейные драмы и громкий успех

Вспоминаем самых ярких участниц реалити-шоу «Топ-модель по-русски»

Cosmopolitan
13 способов выглядеть самым умным на совещании 13 способов выглядеть самым умным на совещании

Изучи, используй и жди прибавки к зарплате

Maxim
10 cлучаев, когда нацисты пытались использовать сверхъестественные силы 10 cлучаев, когда нацисты пытались использовать сверхъестественные силы

Мифы о любви нацистов и Гитлера к оккультизму появились не просто так

Maxim
Не жизнь, а кино Не жизнь, а кино

Наладить отношения с партнером поможет искусство!

Лиза
Миллиарды по цене миллионов: астрономы создали самую подробную карту мироздания Миллиарды по цене миллионов: астрономы создали самую подробную карту мироздания

Ученые построили трехмерную карту взаимного расположения миллиарда галактик

Forbes
Одна вокруг света. Нетуристический Пхукет и опасная гостья в кемпинге Одна вокруг света. Нетуристический Пхукет и опасная гостья в кемпинге

93-я серия о кругосветном путешествии Ирины Сидоренко и ее собаки Греты

Forbes
100 самых честных правил мужского гардероба! Часть 2: костюм, брюки, джинсы 100 самых честных правил мужского гардероба! Часть 2: костюм, брюки, джинсы

Бескомпромиссные советы по стилю

Maxim
Иммунные клетки подавили нейронную активность в мозге мыши Иммунные клетки подавили нейронную активность в мозге мыши

Клетки микроглии способны регулировать активность нейронов

N+1
Открыть в приложении