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

Том Сзаки: «Хороших покупок не бывает» Том Сзаки: «Хороших покупок не бывает»

Почему любая покупка вредит природе

РБК
Тигриное молоко Тигриное молоко

Тигриное молоко — бодрящая заправка для севиче

Weekend
Ядерная Ядерная

Необычные свойства нейтронных звезд обусловлены уникальным состоянием материи

Популярная механика
Высокая температура повредила ДНК сперматоцитов Высокая температура повредила ДНК сперматоцитов

В нагретых сперматоцитах активно мобилизовались транспозоны Tc1/mariner

N+1
Я рассказала ребенку правду Я рассказала ребенку правду

Истории трех женщин, которые не побоялись поведать детям правду о себе и семье

Psychologies
Как дизайнер покупает старые пленки и воссоздает по ним семейные истории Как дизайнер покупает старые пленки и воссоздает по ним семейные истории

Дизайнер рассказывает историю семьи, которую он узнал, купив старые пленки

РБК
Baring Vostok и Аветисян заключили мировое соглашение: отпустят ли теперь Майкла Калви Baring Vostok и Аветисян заключили мировое соглашение: отпустят ли теперь Майкла Калви

Самый громкий корпоративный конфликт последних лет завершается соглашением

Forbes
Коллекция заблуждений: эволюция не оставила следов Коллекция заблуждений: эволюция не оставила следов

Как дышалось живому существу с «полулегкими»? Или смотрелось «полуглазом»?

Популярная механика
Вокруг да около Лувра Вокруг да около Лувра

Все, что вы хотели бы узнать о самом знаменитом музее мира, под одним переплетом

Forbes
Правила жизни Хельмута Ньютона Правила жизни Хельмута Ньютона

Мир совсем другой, когда смотришь на него через видоискатель

Esquire
Как два программиста из России уехали в Долину, придумали простой конструктор для сбора аналитики и привлекли $6,2 млн Как два программиста из России уехали в Долину, придумали простой конструктор для сбора аналитики и привлекли $6,2 млн

Сегодня их продуктом пользуется около 70 000 человек по всему миру

Forbes
10 необычных Maserati 10 необычных Maserati

Наиболее странные и заметные автомобили Maserati в истории компании

Популярная механика
Miyagi Miyagi

Что рэпер Miyagi думает о русском хип-хопе, дорогих студиях и лейблах

ЖАРА Magazine
В Сахаре и рядом с ней подсчитали количество деревьев. Их оказалось очень много В Сахаре и рядом с ней подсчитали количество деревьев. Их оказалось очень много

Спутниковые снимки показали, что количество деревьев достигает примерно 1,8 млрд

National Geographic
Чем отличаются методы российских и американских спецслужб Чем отличаются методы российских и американских спецслужб

Что такое провокация и как этот метод используется спецслужбами двух государств

СНОБ
Как заполучить миллион подписчиков в Instagram? Как заполучить миллион подписчиков в Instagram?

Зачем нужен миллион подписчиков в Инстаграме?

Cosmopolitan
Все фильмы Никиты Михалкова от худшего к лучшему Все фильмы Никиты Михалкова от худшего к лучшему

Дряхлые старики и ветераны утверждают, что когда-то Никита Михалков был хорош!

Maxim
От гида на севере до менеджера по счастью: как получить необычную работу От гида на севере до менеджера по счастью: как получить необычную работу

Рынок необычных профессий, о некоторых из них вы даже не слышали

РБК
Куда пропали насекомые Куда пропали насекомые

Насекомые исчезают пугающе быстро. Для планеты это может закончиться катастрофой

National Geographic
Герои Герои

Мир нового фильма Ренаты Литвиновой «Северный ветер» сложно заключить в слова

Elle
Образ Германии в русском искусстве. Часть 1 Образ Германии в русском искусстве. Часть 1

Как в разные века Германия влияла на российскую культуру — начало

Культура.РФ
Задолго до терминатора: 5 лучших роботов далекого прошлого Задолго до терминатора: 5 лучших роботов далекого прошлого

5 роботов, построенных задолго до самого понятия “робот”

Популярная механика
Написанному верить Написанному верить

В прекрасном лице Паулины Андреевой соединились три киноипостаси

GQ
Дмитрий Муляр. Жизнь на нервах и телефоне Дмитрий Муляр. Жизнь на нервах и телефоне

Дмитрий Муляр: Не раз убеждался: все в жизни происходит неслучайно

Караван историй
8 экранизаций Стивена Кинга, которые отличались от книг, и это пошло им на пользу 8 экранизаций Стивена Кинга, которые отличались от книг, и это пошло им на пользу

Тот случай, когда книга не обязательно лучше

Maxim
Как оставить офис и начать работать на себя: 7 шагов Как оставить офис и начать работать на себя: 7 шагов

Как начать собственное дело и пройти адаптацию к новой роли?

Psychologies
Забота о спине: основы основ Забота о спине: основы основ

Как поддержать позвоночник в хорошей форме и предотвратить появление болей

Yoga Journal
Как строят дороги: асфальтовый сэндвич против российской реальности Как строят дороги: асфальтовый сэндвич против российской реальности

Как использование новых технологий укладки асфальта влияет на качество дорог

Популярная механика
«Мушиная микрохирургия»: падальные мухи могут очищать раны от разлагающихся тканей «Мушиная микрохирургия»: падальные мухи могут очищать раны от разлагающихся тканей

Также они могут избавлять и от микробов

National Geographic
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
Открыть в приложении