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

Время страстей человеческих Время страстей человеческих

К Александру Добровинскому редакция обратилась по причине его любви к часам

Robb Report
6 повседневных предметов, которые очень пригодятся во время апокалипсиса 6 повседневных предметов, которые очень пригодятся во время апокалипсиса

Думал, во время апокалипсиса тебе понадобятся только гречка, бронежилет?

Maxim
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
Непохожие близнецы Непохожие близнецы

Как отличить артроз от артрита, и чем они опасны?

Лиза
«Я была и обманутой женой, и изменницей, и любовницей» «Я была и обманутой женой, и изменницей, и любовницей»

Что такое любовный треугольник?

Psychologies
Раки, не лгите, Скорпионы, верьте интуиции: гороскоп на 5–11 октября Раки, не лгите, Скорпионы, верьте интуиции: гороскоп на 5–11 октября

Астрологический прогноз для всех знаков Зодиака на 5-11 октября

Cosmopolitan
Здесь русский дух Здесь русский дух

Елизавета Боярская отвечает на 10 важных вопросах о русских ценностях

Grazia
Найти себя Найти себя

Как найти свое призвание и поменять жизнь после 50 лет

Добрые советы
Двойное проникновение труда и капитала Двойное проникновение труда и капитала

Английском вариант истории порноиндустрии в мини-сериале «Трудовые будни»

Weekend
9 странных причин, благодаря которым актеры получили свои роли 9 странных причин, благодаря которым актеры получили свои роли

Удар режиссера в пах, пятидневный запой и умение сильно вспотеть…

Maxim
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
6 типов энергетических вампиров, которых нужно избегать (они тебя съедают) 6 типов энергетических вампиров, которых нужно избегать (они тебя съедают)

Такие люди опаснее вымышленных кровопийц

Playboy
Мисс Совершенство: что делать, если ты не она? Мисс Совершенство: что делать, если ты не она?

Что делать, если кажется, что ты никогда не получишь титул "Мисс Совершенство"?

Cosmopolitan
Сделано в Америке Сделано в Америке

Как я создал Walmart

kiozk originals
Зак Эфрон и другие актеры, чью карьеру едва не сгубили наркотики и алкоголь Зак Эфрон и другие актеры, чью карьеру едва не сгубили наркотики и алкоголь

Знаменитые актеры, которые смогли выбрать из зависимости

Cosmopolitan
Николай Губенко. На скоростях Николай Губенко. На скоростях

Друзья и коллеги вспоминают Николая Губенко

Караван историй
Город-сказка, город-мечта Город-сказка, город-мечта

Как поменяются правила жизни в мегаполисах будущего?

GQ
Саундтреки к фильмам Тарантино: от худшего к лучшему Саундтреки к фильмам Тарантино: от худшего к лучшему

Отличительная черта фильмов Тарантино — саундтреки

Maxim
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
Одна вокруг света. Найти Европу в столице кхмеров и потерять машину Одна вокруг света. Найти Европу в столице кхмеров и потерять машину

Камбоджа. Мистический Пном Бокор и старая католическая церковь

Forbes
Варвара Шмыкова — об экоотношении к себе и кастингах через Instagram Варвара Шмыкова — об экоотношении к себе и кастингах через Instagram

Актриса Варвара Шмыкова о борьбе с хейтом и искренности

РБК
Российские журналисты о происходящем в Нагорном Карабахе Российские журналисты о происходящем в Нагорном Карабахе

Журналисты про обострение конфликта в Нагорном Карабахе

СНОБ
Метод антижир Метод антижир

Как построить питание, чтобы наедаться, но не перебирать калорий?

Худеем правильно
Нейросеть научилась сортировать пластиковый мусор Нейросеть научилась сортировать пластиковый мусор

Этот робот определяет тип пластика с точностью 95%

Популярная механика
В Нью-Мексико найден самый длинный маршрут древнего человека В Нью-Мексико найден самый длинный маршрут древнего человека

Ученые рассказывают о путешествии матери и ее ребенка через грязное русло реки.

Популярная механика
Тернистый путь к стройности Тернистый путь к стройности

Эксперты помогают выбрать специалиста, который поможет справиться с лишним весом

Худеем правильно
С бритвою Оккама в руке: Колонка Кирилла Кобрина С бритвою Оккама в руке: Колонка Кирилла Кобрина

«Многообразие не следует предполагать без необходимости»

Школа Masters
«Перепридумать TikTok вряд ли получится»: что не так с сервисами YouTube и Facebook для создания коротких видео «Перепридумать TikTok вряд ли получится»: что не так с сервисами YouTube и Facebook для создания коротких видео

Смогут ли новые игроки откусить кусок «тиктоковского пирога»

Forbes
5 признаков того, что у вас началась депрессия 5 признаков того, что у вас началась депрессия

Учимся отслеживать свое состояние и отличать сниженное настроение от депрессии

Популярная механика
Ядерная Ядерная

Необычные свойства нейтронных звезд обусловлены уникальным состоянием материи

Популярная механика
Открыть в приложении