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

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
Как богатые снова плачут. «Отыграть назад» — сериал с Николь Кидман и Хью Грантом от автора «Большой маленькой лжи» Как богатые снова плачут. «Отыграть назад» — сериал с Николь Кидман и Хью Грантом от автора «Большой маленькой лжи»

О достоинствах и недостатках нового сериала HBO «Отыграть назад»

Forbes
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
Предприниматели боятся активизма сотрудников, потому что не хотят делиться властью в компании. Артём Темиров отвечает Брайану Армстронгу Предприниматели боятся активизма сотрудников, потому что не хотят делиться властью в компании. Артём Темиров отвечает Брайану Армстронгу

Правда ли то, что активизм сотрудников ведёт к расфокусу и разобщению команды?

Inc.
«Inside out: моя неидеальная история»: Деми Мур рассказывает, как она пережила насилие «Inside out: моя неидеальная история»: Деми Мур рассказывает, как она пережила насилие

Отрывок из автобиографии Деми Мур

Esquire
Что мешает развитию шеринговой экономики в России Что мешает развитию шеринговой экономики в России

Люди все чаще предпочитают не купить вещь, а взять в аренду

СНОБ
Краткая, но поучительная история кампучийских красных кхмеров Краткая, но поучительная история кампучийских красных кхмеров

За четыре года правления Пол Пот истребил каждого седьмого камбоджийца

Maxim
Не справляетесь с тревогой и стрессом? Заведите дневник Не справляетесь с тревогой и стрессом? Заведите дневник

Попробуйте перенести тревоги на бумагу, и увидите — этот способ работает

Psychologies
Из столицы в столицу: где правил Иван Грозный Из столицы в столицу: где правил Иван Грозный

Автомобильный маршрут от Москвы до города Александрова — столицы Ивана Грозного

Популярная механика
Зомби среди нас: 5 реальных случаев из животного мира Зомби среди нас: 5 реальных случаев из животного мира

Реальные паразиты, превращающие в зомби представителей дикой природы

Популярная механика
На бумаге На бумаге

История простого, но удивительного изобретения

kiozk originals
Приватный арсенал Приватный арсенал

Из чего состоит оружейная коллекция миллиардера Игоря Алтушкина

Forbes
Депрессия при беременности Депрессия при беременности

Эмоциональное состояние беременной женщины не отличается постоянством

9 месяцев
65 лет взрыву советского линкора «Новороссийск», в котором погибли 829 человек 65 лет взрыву советского линкора «Новороссийск», в котором погибли 829 человек

Одна из крупнейших морских катастроф XX века

Maxim
В свете полной луны… В свете полной луны…

...происходят странные вещи с поведением животных

Вокруг света
10 необычных Citroën 10 необычных Citroën

Citroën всегда славилась революционными дизайнерскими решениями

Популярная механика
Не родила, но воспитала: Фокс, Бундхен, Кларксон и другие крутые звездные мачехи Не родила, но воспитала: Фокс, Бундхен, Кларксон и другие крутые звездные мачехи

Самые добрые и ответственные мачехи среди знаменитостей

Cosmopolitan
10 изобретений, спасающих жизни: большая статья 10 изобретений, спасающих жизни: большая статья

Основные изобретения, спасающие жизни

Популярная механика
Греческие корни и ещё 9 удивительных фактов о Дженнифер Энистон Греческие корни и ещё 9 удивительных фактов о Дженнифер Энистон

Дженнифер Энистон достигла огромных успехов даже по меркам Голливуда

Cosmopolitan
Королевский выбор: какие бренды предпочитают английские монархи Королевский выбор: какие бренды предпочитают английские монархи

Заодно выясняем – дают ли компаниям привилегии ордера и статус поставщика двора

GQ
Почему стыд делает нас изгоями, а совесть — объединяет Почему стыд делает нас изгоями, а совесть — объединяет

Почему культура стыда разрушительно действует на личность?

Psychologies
Великий и сбежавший Великий и сбежавший

Бывший глава Renault Карлос Гон снова готовится покорить мир

Forbes
Для него и для неё Для него и для неё

Статусный интерьер с мужским характером

SALON-Interior
Специальная теория относительности помогла компьютеру предсказать будущее Специальная теория относительности помогла компьютеру предсказать будущее

Этот алгоритм поможет в разработке стратегий лечения в медицине

N+1
Мифы о богах Мифы о богах

Рената Литвинова разговаривает с Дэмной Гвасалией о грехах, страстях и моде

Vogue
Пестрая лента Пестрая лента

Лента соцсетей сегодня стала главным источником информации о мире

GQ
«Пробросаешься» vs «Лучше быть одной, чем с кем попало»: какая стратегия лучше? «Пробросаешься» vs «Лучше быть одной, чем с кем попало»: какая стратегия лучше?

Изменить себя, чтобы встретить мужчину

Cosmopolitan
Одна вокруг света. Как построить дорогу в Камбодже, встретить саперов и избежать мин времен гражданской войны Одна вокруг света. Как построить дорогу в Камбодже, встретить саперов и избежать мин времен гражданской войны

92-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко и собаки Греты

Forbes
Когда защита слабеет Когда защита слабеет

Почему одни люди часто болеют ОРВИ, а другие вообще не простужаются?

Лиза
Как выжить в холоде: опыт самых суровых мест на Земле Как выжить в холоде: опыт самых суровых мест на Земле

Какие технологические изюминки позволяют переносить морозы

Популярная механика
Открыть в приложении