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

10 теорий об эволюции человека 10 теорий об эволюции человека

Самые неожиданные теории человеческой эволюции

Популярная механика
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
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
«Реквиему по мечте» — 20 лет. Вспоминаем самый прямолинейный и человечный фильм Даррена Аронофски «Реквиему по мечте» — 20 лет. Вспоминаем самый прямолинейный и человечный фильм Даррена Аронофски

«Реквием по мечте» — мрачное предупреждение поколению нежных мечтателей

Esquire
Девочка с табличками Девочка с табличками

Как режиссер Натан Гроссман пытается рассказать историю Греты Тунберг

Weekend
Ищем мужчину мечты: как подготовиться к поискам? Ищем мужчину мечты: как подготовиться к поискам?

Отправляясь на поиски мужчины своей мечты, стоит проверить свой багаж

Psychologies
Марина Разбежкина: да, нет, не знаю Марина Разбежкина: да, нет, не знаю

«Нужно жить с любопытством ко всему, что нас окружает»

Glamour
10 главных книг о кино: выбор Esquire 10 главных книг о кино: выбор Esquire

Можно ли составить идеальную полку с книгами о кино?

Esquire
От строительства аэропланов до разработки гидромассажных ванн: история семьи Джакузи От строительства аэропланов до разработки гидромассажных ванн: история семьи Джакузи

Страстью братьев были самолёты, но семейные трагедии привели их к идее джакузи

VC.RU
Тестовое задание и испытательный срок: как работодатели могут тебя обмануть Тестовое задание и испытательный срок: как работодатели могут тебя обмануть

На что ты готова, чтобы получить работу?

Cosmopolitan
Худи с петлей и пижама в полоску: как вещи со скандалом снимали с продажи Худи с петлей и пижама в полоску: как вещи со скандалом снимали с продажи

Случаи, когда модные дома отказывались от вещей из-за общественного резонанса

РБК
Периоды детского развития: от 7 до 12 лет Периоды детского развития: от 7 до 12 лет

С какими задачами развития сталкиваются дети в возрасте от 7 до 12 лет?

Psychologies
История человека, который жил в будущем, а умер в настоящем История человека, который жил в будущем, а умер в настоящем

История философа и футуролога FM-2030

Weekend
Какую фразу точно не нужно писать в описании профиля в тиндере Какую фразу точно не нужно писать в описании профиля в тиндере

«Не трать мое время зря»

GQ
Механическая деформация превратит алмаз из диэлектрика в полупроводник и обратно Механическая деформация превратит алмаз из диэлектрика в полупроводник и обратно

Зависимость ширины запрещенной зоны алмаза от механического напряжения

N+1
Темную материю предложили детектировать с помощью маятников Темную материю предложили детектировать с помощью маятников

Как можно обнаружить темную частицу с массой порядка десяти микрограмм и больше?

N+1
Правила жизни Сергея Бондарчука Правила жизни Сергея Бондарчука

Правила жизни советского и российского кинорежиссёра Сергея Бондарчука

Esquire
Бизнесмен, коллекционер и адвокат — о своих хобби и увлечениях Бизнесмен, коллекционер и адвокат — о своих хобби и увлечениях

Коллекционирование и увлечения, которые становятся популярными в деловой среде

РБК
Как правильно делать планку: все способы и подробные инструкции Как правильно делать планку: все способы и подробные инструкции

Стоя в планке каждый день по паре минут, вы быстро похудеете и подкачаетесь

Cosmopolitan
Как два англичанина с похмелья выиграли сложнейшую гонку мира Как два англичанина с похмелья выиграли сложнейшую гонку мира

«Мне стало чуть лучше только после двойного бренди…»

Maxim
Красное вино: польза и вред для здоровья мужчин и женщин Красное вино: польза и вред для здоровья мужчин и женщин

Положительные и отрицательные эффекты употребления красного вина для организма

Playboy
Слова, которые выдают, что вы не нравитесь боссу или коллегам Слова, которые выдают, что вы не нравитесь боссу или коллегам

Что делать, если вы тот самый коллега, который всех раздражает?

Psychologies
Синхронизированная активность мозга и мимикрия помогли врачам облегчить боль пациентов Синхронизированная активность мозга и мимикрия помогли врачам облегчить боль пациентов

Общение с врачом облегчает состояние у пациентов с хроническими болями

N+1
9 отличных хорроров, в которых никто не умирает 9 отличных хорроров, в которых никто не умирает

Кто бы мог подумать, что можно так хорошо провести время без единого убийства?

Maxim
Может ли минеральная вода навредить зубам: мнение эксперта Может ли минеральная вода навредить зубам: мнение эксперта

В медиа все чаще появляются публикации о том, что минералка вредит зубам

Psychologies
Дети алкоголиков: как избавиться от комплекса неполноценности? Дети алкоголиков: как избавиться от комплекса неполноценности?

Дети алкоголиков не умеют по-настоящему ценить себя

Psychologies
Невидимая рука Страсбурга: зачем России Европейский суд по правам человека Невидимая рука Страсбурга: зачем России Европейский суд по правам человека

Влияние ЕСПЧ на российское правосудие весьма значительно

Forbes
Голштинских коров осветлили с помощью генного редактирования Голштинских коров осветлили с помощью генного редактирования

Ученые изменили окраску коров - это поможет им приспособиться к жаркой погоде

N+1
Арман Давлетяров: Арман Давлетяров:

Как Арман Давлетяров изменил судьбу и стал влиятельным человеком в шоу-бизнесе

Караван историй
Ставка на прорабов: как сеть «Петрович» стала крупнейшим российским продавцом стройматериалов Ставка на прорабов: как сеть «Петрович» стала крупнейшим российским продавцом стройматериалов

На запуск «Петровича» потребовалось всего $2000

Forbes
Открыть в приложении