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

Червяги покормили детенышей «молоком» из клоаки Червяги покормили детенышей «молоком» из клоаки

Самки кольчатых червяг кормят детенышей богатым липидами и углеводами «молоком»

N+1
Джеймс Кэмерон: провидец, футуролог, реалист Джеймс Кэмерон: провидец, футуролог, реалист

Ждет ли человечество счастливый конец?

GQ
Грустный «Космонавт»: как паук помогает Адаму Сэндлеру справиться с кризисом в браке Грустный «Космонавт»: как паук помогает Адаму Сэндлеру справиться с кризисом в браке

Научная фантастика «Космонавт» про грустного Адама Сэндлера в космосе

Forbes
От портупеи для шпаги до модного аксессуара: краткая история подтяжек в мужской моде От портупеи для шпаги до модного аксессуара: краткая история подтяжек в мужской моде

Подтяжки — исторически проверенный аксессуар

Esquire
9 проверенных шагов к совместному оргазму 9 проверенных шагов к совместному оргазму

Какие приемы помогут вам и вашему партнеру достичь совместного оргазма?

Psychologies
Фитнес-подсказки Фитнес-подсказки

Фитнес-тренеры отвечают на самые популярные вопросы о занятиях спортом

Худеем правильно
Купание в Море Ясности: на Луне оказалось больше воды, чем думали Купание в Море Ясности: на Луне оказалось больше воды, чем думали

Означает ли вода на Луне, что лунные города стали ближе к реальности?

Forbes
Сегодня или никогда? Сегодня или никогда?

Правда может как разрушить, так и скрепить отношения между людьми

Psychologies
Платон в штаб-квартире Google Платон в штаб-квартире Google

Почему философия все еще остается с нами

kiozk originals
10 способов побыстрее заснуть 10 способов побыстрее заснуть

Забудь о бессоннице, как о страшном сне!

Maxim
Лифтинг на дому: как в домашних условиях подтянуть кожу лица Лифтинг на дому: как в домашних условиях подтянуть кожу лица

Что делать, если лицо обвисло, и кожа потеряла свой тонус

Cosmopolitan
Тапочки пополам Тапочки пополам

Гвинет Пэлтроу объясняет нам свою концепцию «осознанного расставания»

Tatler
Не надо паники! Не надо паники!

Что такое паническая атака, как ее избежать и как лечится такое состояние

Добрые советы
«Ход королевы» и еще 6 мини-сериалов для осеннего уикенда «Ход королевы» и еще 6 мини-сериалов для осеннего уикенда

Лучший рецепт для осеннего дня — сериал, не растянутый на множество сезонов

РБК
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
Медная река Медная река

Как работает брутальный бизнес Игоря Алтушкина

Forbes
5 самых важных искусственных интеллектов в 2020 году 5 самых важных искусственных интеллектов в 2020 году

Современные ИИ начинают выполнять задачи, которые человеку не под силу

Maxim
Скольких жизней стоила первая высадка человека на Луну Скольких жизней стоила первая высадка человека на Луну

За победу в лунной гонке Штаты дорого заплатили, и речь не только о деньгах

Популярная механика
Скоро зима Скоро зима

Кто такой экокоуч и почему он всем нужен?

Собака.ru
Настя Паутова Настя Паутова

Студентка Льва Эренбурга придумывает мемы про Бродского и Тарковского

Собака.ru
@V0Vo4ka, к доске! Все, что стоит знать об онлайн-образовании @V0Vo4ka, к доске! Все, что стоит знать об онлайн-образовании

Самоизоляция просто ускорила то, что и так было неизбежным

Maxim
10 необычных Peugeot 10 необычных Peugeot

Компания Peugeot была основана в 1810 году и производила… кофемолки

Популярная механика
Конструктивно, но обидно. Как справляться с критикой на работе Конструктивно, но обидно. Как справляться с критикой на работе

Как вести себя в ситуации, когда твою идею раскритиковали и не оценили

Forbes
Победитель не должен быть проклят Победитель не должен быть проклят

Нобелевские лауреаты по экономике 2020 года развили теорию аукционов

Эксперт
Внешнее сходство партнеров не увеличилось со временем Внешнее сходство партнеров не увеличилось со временем

Романтические партнеры в действительности внешне похожи друг на друга

N+1
На светлой стороне На светлой стороне

Какими лампами и светильниками оборудовать рабочее место, чтобы сберечь зрение

Лиза
12 качеств по-настоящему классных людей 12 качеств по-настоящему классных людей

Многие из нас хотели бы стать «круче», но как это сделать?

Psychologies
Химики определили состав чернил на древнеегипетских папирусах Химики определили состав чернил на древнеегипетских папирусах

Ученые разобрались в составе черных и красных чернил в древних папирусах

N+1
Зачем Иван И. Твердовский снял фильм о теракте на Дубровке Зачем Иван И. Твердовский снял фильм о теракте на Дубровке

Иван И. Твердовский: почему нам действительно нужен фильм «Конференция»

GQ
Как развить силу воли Как развить силу воли

Как связаны сила воли и характер?

Reminder
Открыть в приложении