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

9 частей вашего тела, о которых вы наверняка ничего не знали 9 частей вашего тела, о которых вы наверняка ничего не знали

Уверены, что хорошо знаете все укромные уголки вашего тела?

Популярная механика
Серебряные коньки Серебряные коньки

Как создавалась одна из самых многообещающих лент этого года

Esquire
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
Стриминги и песни-мемы: как (и почему) изменилась музыка за последние 10 лет Стриминги и песни-мемы: как (и почему) изменилась музыка за последние 10 лет

Какие новые механизмы продвижения и жанры в музыке подарила нам последняя декада

Esquire
Рыночная экономика свиданий Рыночная экономика свиданий

Стоят ли свайпы и мэтчи потраченного времени?

СНОБ
NASA оплатит разработку подпрыгивающего аппарата и сетей 4G для Луны NASA оплатит разработку подпрыгивающего аппарата и сетей 4G для Луны

Финансирование получили SpaceX, Nokia, Sierra Nevada, Blue Origin и другие

N+1
Что нам стоит дом построить Что нам стоит дом построить

Что можно построить из дерева и почему стоит полюбить этот натуральный материал

AD
Следовать своему пути Следовать своему пути

Преподаватель Аштанга-йоги Эдди Штерн о сострадании и преемственности в йоге

Yoga Journal
Как близнецы Верзаковы ушли из бизнеса и теперь зарабатывают миллионы на смешных видео в TikTok. Главное из подкаста Forbes «Тандемократия» Как близнецы Верзаковы ушли из бизнеса и теперь зарабатывают миллионы на смешных видео в TikTok. Главное из подкаста Forbes «Тандемократия»

Популярные TikTok блогеры-близнецы рассказали, как делят одну славу на двоих

Forbes
Магнитное поле усилило эффект Томсона на 90 процентов Магнитное поле усилило эффект Томсона на 90 процентов

Это первое проявление нелинейного магнитотермоэлектрического эффекта

N+1
Эксперты рассказали, как стать счастливым с точки зрения науки Эксперты рассказали, как стать счастливым с точки зрения науки

Ученые разгадали секрет счастья

Популярная механика
Морской биолог — о том, чему нас должно научить ЧП на Камчатке Морской биолог — о том, чему нас должно научить ЧП на Камчатке

Что такое красные приливы и причем здесь глобальное потепление?

РБК
Ядерная Ядерная

Необычные свойства нейтронных звезд обусловлены уникальным состоянием материи

Популярная механика
30-этажный дом за 360 часов: китайская революция 30-этажный дом за 360 часов: китайская революция

Китайские дома: 30 этажей за 15 суток... не быстровато ли строят?

Популярная механика
Little Big Little Big

Илья Прусикин (Little Big) о сыне, современной музыке, съемках и страхах

ЖАРА Magazine
Самые жестокие и необычные наказания в истории человечества Самые жестокие и необычные наказания в истории человечества

Отрывок из книги Стивена Пинкера «Лучшее в нас»

СНОБ
Разговорчики в Минстрою Разговорчики в Минстрою

Происходит ли передел реставрационного рынка?

Огонёк
Николай Губенко. На скоростях Николай Губенко. На скоростях

Друзья и коллеги вспоминают Николая Губенко

Караван историй
Самые известные Лизы XXI века Самые известные Лизы XXI века

К 25-летию журнала «Лиза» вспоминает известных современниц, носящих это имя

Лиза
Почему подсчет калорий — опасная практика и как похудеть без диет Почему подсчет калорий — опасная практика и как похудеть без диет

Почему диеты не всегда работают, а некоторые, наоборот, приносят вред

РБК
Функциональная структура вместо продуктовой и один главный управляющий — Тим Кук: как организованы процессы в Apple Функциональная структура вместо продуктовой и один главный управляющий — Тим Кук: как организованы процессы в Apple

Основные принципы Apple, которые помогают не вязнуть ей в бюрократии

VC.RU
Не осталось больше никакой правды. Почему «Суд на чикагской семеркой» Аарона Соркина может получить «Оксар» Не осталось больше никакой правды. Почему «Суд на чикагской семеркой» Аарона Соркина может получить «Оксар»

«Суд над чикагской семеркой» — судебная драма, переворачивающая законы жанра

Forbes
Сержант, обыщите меня! Макконахи, Духовны и еще 5 горячих детективов из сериалов Сержант, обыщите меня! Макконахи, Духовны и еще 5 горячих детективов из сериалов

Лучшие детективные сериалы с напряженным сюжетом и парнями в форме и костюмах

Cosmopolitan
Аномальное скопление звезд поставило астрономов в тупик Аномальное скопление звезд поставило астрономов в тупик

Скопление звезд, которое опровергает представления о том, как образуются светила

Популярная механика
Древних майя уличили в фильтрации воды цеолитовым сорбентом Древних майя уличили в фильтрации воды цеолитовым сорбентом

Возможно, на такую мысль древних майя натолкнул природный источник

N+1
«Вместо того, чтобы учиться на ошибках, мы упорно в них вязнем» «Вместо того, чтобы учиться на ошибках, мы упорно в них вязнем»

Польский взгляд на польский исторический самообман

Огонёк
Опушки амазонских тропиков потеряли миллиард тонн углерода с начала XXI века Опушки амазонских тропиков потеряли миллиард тонн углерода с начала XXI века

Ранее недооценный краевой эффект ставит под сомнение Парижское соглашение

N+1
Александр Чачава: Как российские стартаперы завоевывают место в мировой IT-индустрии Александр Чачава: Как российские стартаперы завоевывают место в мировой IT-индустрии

Как русскоязычным стартаперам удалось усилить свой вес в технологическом мире

СНОБ
Место рождения Место рождения

Узнаем о корнях журнала и посещаем офис Hubert Burda Media

Лиза
В будущем времени В будущем времени

Дача для молодой семьи

SALON-Interior
Открыть в приложении