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

«Потратить любые деньги, чтобы стать лидером»: почему ИТ-компании в Китае инвестируют в групповые покупки в интернете «Потратить любые деньги, чтобы стать лидером»: почему ИТ-компании в Китае инвестируют в групповые покупки в интернете

Цифровые гиганты хотят превратить доверие к соседу в лояльность бренду

VC.RU
Что стиль одежды может рассказать о здоровье? Что стиль одежды может рассказать о здоровье?

Одежда и способ подачи себя могут многое рассказать о нашем физическом состоянии

Psychologies
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
Явка провалена Явка провалена

Лев Рубинштейн объясняет, почему мы с детства ищем предателей родины

GQ
Как перестать бояться собеседований Как перестать бояться собеседований

Как перестать бояться собеседований и произвести позитивное впечатление?

СНОБ
Всё в открытом доступе, калькулятор зарплат и 7100 страниц инструкций: принципы работы полностью удалённой GitLab​ Всё в открытом доступе, калькулятор зарплат и 7100 страниц инструкций: принципы работы полностью удалённой GitLab​

GitLab — крупнейшая компания, где все сотрудники работают удалённо

VC.RU
DANYA #6 DANYA #6

Как 18-летний сирота из Оренбурга стал кумиром зумеров

Forbes
Дышите глубже Дышите глубже

Дыхательные упражнения для тех, кто переболел или хочет укрепить здоровье

Лиза
«В мире постправды многое остается за скобками»: директор Некрасовки — о том, зачем в ХХI веке еще нужны библиотеки и как привлечь туда молодежь «В мире постправды многое остается за скобками»: директор Некрасовки — о том, зачем в ХХI веке еще нужны библиотеки и как привлечь туда молодежь

О библиотеках не принято думать как о бизнесе, хотя по факту они могут им быть

Forbes
Страх и ненависть в сети Страх и ненависть в сети

Как справиться с кибербуллингом

Лиза
Как обустроить домашний кабинет. Советы дизайнеров Как обустроить домашний кабинет. Советы дизайнеров

Дизайнеры рассказали, на что следует обращать внимание, обустраивая офис в доме

РБК
Золотой щит: почему растет спрос на металлические счета в банках Золотой щит: почему растет спрос на металлические счета в банках

Почему металлические счета — не самый выгодный инвестиционный инструмент

Forbes
Чем накормить маленького «гурмана»? Чем накормить маленького «гурмана»?

Далеко не каждая мама может сказать, что её ребёнок ест всё!

Здоровье
Екатерина I — первая императрица Екатерина I — первая императрица

Пётр I не оставил распоряжений о своём преемнике во власти

Дилетант
«Забудем как страшный сон»: как Сбербанк три года превращался в «Сбер» «Забудем как страшный сон»: как Сбербанк три года превращался в «Сбер»

История процесса обновления бренда Сбербанка

Forbes
Вторая попытка вернуть ворон на Гавайи закончилась неудачей Вторая попытка вернуть ворон на Гавайи закончилась неудачей

Редкие гавайские вороны не смогли выжить в дикой природе

N+1
Pecsi вместо Pepsi и «ананас» вместо Diablo: как бренды меняют названия, чтобы обойти ограничения за границей Pecsi вместо Pepsi и «ананас» вместо Diablo: как бренды меняют названия, чтобы обойти ограничения за границей

Компании, которые изменяют свою торговую марку для местных жителей

VC.RU
Коллекция заблуждений: эволюция не оставила следов Коллекция заблуждений: эволюция не оставила следов

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

Популярная механика
«Караоке-боксы могут стать началом карьеры в шоу-бизнесе» «Караоке-боксы могут стать началом карьеры в шоу-бизнесе»

Как локдаун подтолкнул сеть караоке-боксов к омниканальности

РБК
Самолет-амбиция Говарда Хьюза: самая большая летающая лодка Самолет-амбиция Говарда Хьюза: самая большая летающая лодка

Авиаконструктор Говард Хьюз и его гигантский самолет, все еще не имеющий равных

Популярная механика
Первый сверхпроводник, работающий при комнатной температуре Первый сверхпроводник, работающий при комнатной температуре

Благодаря открытию ученых сверхпроводники можно будет использовать шире

Популярная механика
Сделать татуировку, чтобы лучше понять себя Сделать татуировку, чтобы лучше понять себя

На что ориентироваться при создании персонального имиджа?

Psychologies
Не та культура: 37% женщин уходят из IT из-за атмосферы в компании Не та культура: 37% женщин уходят из IT из-за атмосферы в компании

Как удержать женщин в IT, несмотря на отсутствие инклюзивной среды?

Forbes
Правила жизни Вирджинии Вулф Правила жизни Вирджинии Вулф

Жизненные ценности Вирджинии Вулф

Esquire
В чём сила опционов, чем они опасны и как всё правильно посчитать В чём сила опционов, чем они опасны и как всё правильно посчитать

Как использовать опционы?

Inc.
Хорошая партия. Гении и аутсайдеры в новом проекте Netflix «Ход королевы» Хорошая партия. Гении и аутсайдеры в новом проекте Netflix «Ход королевы»

О взлетах и падениях Бет Хармон и мини-сериала «Ход королевы»

Forbes
Тантрический секс: как заниматься им в одиночку и с девушкой Тантрический секс: как заниматься им в одиночку и с девушкой

Рассказ о том, что такое тантрический секс, советы для новичков и базовые позы

Playboy
Как парижский морг в XIX веке привлекал сотни тысяч зевак Как парижский морг в XIX веке привлекал сотни тысяч зевак

Некоторые приходили целыми семьями по выходным

Maxim
Почему зубы не считаются костью Почему зубы не считаются костью

Почему зубы точно не кости, а кости точно не зубы

Популярная механика
Эдит Хэд. Доктор по одежде Эдит Хэд. Доктор по одежде

Единственная в истории обладательница восьми "Оскаров" не была актрисой

Караван историй
Открыть в приложении