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

Особая диета: 10 реальных примеров каннибализма среди людей Особая диета: 10 реальных примеров каннибализма среди людей

Обычные людоеды вполне себе реальны

Популярная механика
Темную материю ограничили с помощью оптических часов Темную материю ограничили с помощью оптических часов

Физики не обнаружили колебаний постоянной тонкой структуры и массы электрона

N+1
Глаз - алмаз: что, если бы у людей было орлиное зрение Глаз - алмаз: что, если бы у людей было орлиное зрение

От чего вы готовы отказаться ради того, чтоб обладать орлиным зрением?

Популярная механика
Как перестать выживать в кризис и начать, наконец, жить Как перестать выживать в кризис и начать, наконец, жить

Как перестать сжиматься от тревоги в сложные времена?

Cosmopolitan
«Женщины должны работать, потому что у них есть мозг». Как Барбара Джадж боролась с гендерным неравенством в юриспруденции «Женщины должны работать, потому что у них есть мозг». Как Барбара Джадж боролась с гендерным неравенством в юриспруденции

Итоги длинной и полной достижений карьеры Барбары Джадж

Forbes
Балансирующие камни помогли уточнить время последнего сильного землетрясения Балансирующие камни помогли уточнить время последнего сильного землетрясения

Разработан новый метод оценки вероятности редких землетрясений большой амплитуды

N+1
Стареющие шимпанзе предпочли крепкую дружбу новым знакомствам Стареющие шимпанзе предпочли крепкую дружбу новым знакомствам

Чем старше становятся шимпанзе, тем уже становится круг их друзей

N+1
Ребенок пережил психическую травму. Как его поддержать? Ребенок пережил психическую травму. Как его поддержать?

Как помочь ребенку, пережившему травматичный опыт?

Psychologies
Фунги сапиенс: статья о том, почему грибы куда умнее и хитрее, чем мы думали Фунги сапиенс: статья о том, почему грибы куда умнее и хитрее, чем мы думали

Грибы — не то, чем они кажутся

Maxim
С высокими сапогами и поясом: 8 самых модных способов носить пальто осенью-2020 С высокими сапогами и поясом: 8 самых модных способов носить пальто осенью-2020

Как носить осенне пальто и всегда выглядеть в нем стильно

Cosmopolitan
Оперная певица Любовь Казарновская: В любом черном квадрате, как у Малевича, есть белая точка Оперная певица Любовь Казарновская: В любом черном квадрате, как у Малевича, есть белая точка

Певица Любовь Казарновская о работе в театре и своей книге «Страсти по опере»

СНОБ
Великолепная пятерка Великолепная пятерка

Выбор: лучший зефир, филе цыпленка, чай, зерненый творог и подсолнечное масло

Добрые советы
«Мне всё равно, когда и сколько часов работают сотрудники, если в итоге они делают свою работу». Ивон Шуинар, Patagonia, — о бизнесе, осознанности и смерти «Мне всё равно, когда и сколько часов работают сотрудники, если в итоге они делают свою работу». Ивон Шуинар, Patagonia, — о бизнесе, осознанности и смерти

Ивон Шуинар — об осознанном потреблении и неприятии типичной иерархии в компании

Inc.
«О брачной и внебрачной жизни» «О брачной и внебрачной жизни»

Отрывок из книги Олега Ивик о трансформации брака со времен Древнего Египта

N+1
Магнитное поле усилило эффект Томсона на 90 процентов Магнитное поле усилило эффект Томсона на 90 процентов

Это первое проявление нелинейного магнитотермоэлектрического эффекта

N+1
30 лет «Сапёру»: 5 фактов о главной офисной забаве 30 лет «Сапёру»: 5 фактов о главной офисной забаве

«Косынка» для настоящих мужчин!

Maxim
Плохое руководство, продажа компании и хип-хоп: с чем столкнулся гитарный бренд Fender за 70 лет работы Плохое руководство, продажа компании и хип-хоп: с чем столкнулся гитарный бренд Fender за 70 лет работы

Гитары Fender слышны на записях Боба Дилана и других известных музыкантов

VC.RU
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
Двойная жизнь отца моего ребенка Двойная жизнь отца моего ребенка

Пережить обман близкого человека и остаться живой

Psychologies
Жизнь взаймы: кто зарабатывает на прокате вещей миллионы и почему шеринг скоро захватит мир Жизнь взаймы: кто зарабатывает на прокате вещей миллионы и почему шеринг скоро захватит мир

У истоков шеринг-экономики стоял стартап по аренде одежды

Forbes
Почему галактики имеют разные формы Почему галактики имеют разные формы

Почему все галактики разные? Их форма говорит нам о событиях из ее истории

Популярная механика
Ученые объяснили, почему нельзя сокращать маркетинговый бюджет в кризис Ученые объяснили, почему нельзя сокращать маркетинговый бюджет в кризис

Сохранив маркетинговый бюджет, можно повысить конкурентоспособность компании

Inc.
Молодой папа Молодой папа

Не всякий отличный муж легко превращается в отличного родителя

Домашний Очаг
Правила жизни Снуп Догга Правила жизни Снуп Догга

Правила жизни рэпера и продюсера Снуп Догга

Esquire
Юлия Костюшкина: «Смотрю на свои старые фото и понимаю, что была жиртрестом» Юлия Костюшкина: «Смотрю на свои старые фото и понимаю, что была жиртрестом»

Чемпионка мира по акробатике, тренер и телеведущая — о своих секретах красоты

Худеем правильно
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 квакеры спасали Россию» «Как квакеры спасали Россию»

Работа квакерской миссии, заставшей революцию 1917 года в Бузулукском уезде

N+1
Нобелевская премия по литературе: 7 спорных и скандальных лауреатов Нобелевская премия по литературе: 7 спорных и скандальных лауреатов

Самые неоднозначные лауреаты Нобелевской премии по литературе

РБК
Лечение по ОМС Лечение по ОМС

Какие права имеют пациенты, которые получают медицинскую помощь по полису ОМС

Лиза
Четырежды жених и еще 9 интересных фактов о Николае Баскове, которые вы не знали Четырежды жених и еще 9 интересных фактов о Николае Баскове, которые вы не знали

Николай Басков — один из самых знаменитых певцов отечественной поп-сцены

Cosmopolitan
Открыть в приложении