Физическая Нобелевская премия 2020 года на орбите черной дыры

Королевская академия наук Швеции приняла решение присудить Нобелевскую премию по физике 2020 года известному физику Роджеру Пенроузу (1) за его открытия о связи между образованием черных дыр и общей теорией относительности, а также Рейнхарду Генцелю (2) и Андреа Гез (3) за открытия, связанные со сверхмассивным объектом в центре нашей Галактики. Половина награды досталась первому из них, а вторая половина досталась двум другим победителям.

Британский физик Роджер Пенроуз, помимо области, за которую он был награжден, известен своими многочисленными интересами и открытиями. Есть среди прочих автор теоремы конфайнмента о движении гиперповерхности в фазовом пространстве. Он известен своими попытками приблизиться квантовая гравитация используя твисторную теорию.

По его мнению, необходима новая квантовая теория, учитывающая гравитацию, устраняющая трудности интерпретации. Он критик теории суперструн, интерпретации Эверетта и концепции пространственной инфляции. По мнению Пенроуза, для объяснения феномена сознания необходимо обратиться к явлениям, происходящим на квантовом уровне в мозгу. Вместе со Стюартом Хамероффом он даже разработал квантовую теорию сознания.

Сингулярность как следствие теории Эйнштейна

В 1916 году Альберт Эйнштейн опубликовал основы общей теории относительности. Эта теория, представляющая собой релятивистское описание явления гравитации, впоследствии развивалась многими исследователями. Она послужила основой для описания явлений гравитационного коллапса, а значит, и.

Следствием общей теории относительности является теорема об особенностях, которая была доказана в сотрудничестве с Роджером Пенроузом и Стивеном Хокингом в 1969 году. Он показывает, среди прочего, необходимость наличия точки в пространстве-времени, где кривизна оно бесконечно и что вселенная зачата из него. Открытию теоремы о существовании сингулярности способствовали исследования ученых 60-х годов, предметом которых была сингулярность в геометрическом плане. Из-за трудностей с.

В 1965 году Пенроуз доказал, что гравитационный коллапс (независимо от степени его симметрии) приводит к сингулярности. Его использовал Хокинг, который в том же году доказал наличие сингулярностей в большом количестве космологических моделей. отрицательная гравитационная кривизна. Вскоре он и его коллега Джордж Эллис исследовали модели с однородным пространством. За это время появилось много новых теорий о сингулярностях, наиболее значимой из которых была работа Пенроуза и Хокинга под названием «Сингулярности в гравитационном коллапсе и космологии» 1970 года. Содержащиеся в нем открытия утверждали, что сингулярность возникла из математической структуры общей теории относительности (а не из упрощенных предположений, как считалось ранее).

Сингулярность в решениях уравнений поля Эйнштейна — это один из двух вариантов: ситуация, когда материя сжимается в точечную область (пространственная сингулярность) или ситуация, когда световые лучи исходят из области бесконечной кривизны (временеподобная сингулярность). Пространственные сингулярности характерны для невращающихся черных дыр, а для вращающихся или электрически заряженных растворов характерны временные явления. Оба типа обладают определенным свойством, называемым геодезической неполнотой, которая проявляется, в том числе, в это некоторые частицы света или материи не могут пройти дальше определенного времени или параметра.

Теория Пенроуза гарантирует, что некоторая геодезическая неполнота возникает, когда материя соответствует соответствующим энергетическим условиям. Энергетическое условие, необходимое для теории сингулярности черной дыры, слабое, потому что оно говорит, что лучи всегда фокусируются под действием гравитации, и справедливо, когда энергия материи неотрицательна.

Теория Пенроуза отличается от теории Хокинга и считается более ограничительной, поскольку она действительна только тогда, когда материя удовлетворяет более сильному энергетическому условию, называемому доминирующим энергетическим условием, что означает, что энергия больше, чем давление. Во время инфляции Вселенная нарушила более сильное доминирующее энергетическое состояние (но не слабое энергетическое состояние), и поэтому инфляционная космология избегает особенности Большого взрыва, превращая его в плавное начало.

Есть только углы

Роджер Пенроуз, помимо квантовой концепции сознания, также является автором других интересных, немного экзотических теорий, например конформная циклическая космология (), основанный, в частности, на на конформной геометрии, которая оперирует исключительно понятием угла, отвергая вопрос о расстоянии. Большой и малый треугольники неразличимы в этой системе, если они имеют одинаковые углы между сторонами. Прямые линии неотличимы от окружностей.

W Четырехмерное пространство-время Эйнштейна помимо трех измерений есть еще и время. конформная геометрия он даже отказывается от этого. И это идеально подходит для. Так что у нас есть только углы, а точнее световые конусы, т.е. поверхности, по которым распространяется излучение. Скорость света также строго определена, так как речь здесь идет о фотонач. Математически этой ограниченной геометрии достаточно для описания физики, если только она не имеет дело с массовыми объектами. А Вселенная после Большого Взрыва состояла только из высокоэнергетических частиц, которые были, по сути, излучением. Их масса составляет почти 100 процентов. был преобразован в энергию в соответствии с основной формулой Эйнштейна E = mc².

Таким образом, пренебрегая массой, используя конформную геометрию, мы можем показать сам процесс создания Вселенной и даже некоторый период до этого создания. Просто нужно учитывать гравитацию, возникающую в состоянии минимальной энтропии, т.е. в высокой степени порядка. Затем эта особенность Большого Взрыва исчезает, и начало Вселенной предстает просто как закономерная граница некоего пространства-времени.

Четвертая женщина

Другой лауреат, немецкий астрофизик Рейнхард Гензель занимается астрономией в области инфракрасного и субмиллиметрового излучения. Он и его группа первыми наблюдали за движением звезд в центре. Млечный путь (Стрелец А*) и показали, что они вращаются вокруг очень массивного объекта, возможно, черной дыры (смотрите также: д). Он работал с третьим лауреатом премии в этом году, Андреа Гез, американским астрономом из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, чтобы подтвердить, что это была черная дыра.

Используя крупнейшие в мире телескопы, Гензель и Гез разработали метод наблюдения и обнаружения, позволяющий заглянуть сквозь облака межзвездного газа и пыли в центр Млечного Пути. Инновации в области наблюдения позволили им компенсировать искажения, вызванные атмосферой Земли, и проводить долгосрочные исследования. В результате они предоставили наиболее убедительные доказательства существования сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути.

Андреа Гез она также является четвертой женщиной в истории Нобелевской премии, получившей премию по физике, после Марии Склодовской-Кюри (1903 г.), Марии Гепперт Майер (1963 г.) и Донни Стрикленда (2018 г.).

Очень старая и очень проигрышная ставка

Решение Нобелевского комитета в этом году стало большим сюрпризом, потому что второй год подряд присуждается широко понимаемая «космическая» или «космологическая» область. В 2019 году награды Nobles были вручены швейцарцу Мишелю Майору и Дидье Келоцце, которые в 1995 году сделали в нашей галактике вращающуюся солнцеподобную звезду, а также Джеймсу Пиблзу за космологические исследования.

Зная привычки шведских ученых, предполагалось, что в этом году они обратят свое внимание на другую область физических исследований, например, на квантовую механику, исследования сверхпроводимости или другие открытия в области физики твердого тела. И все же у нас снова есть астрофизика и космология. Все награды этого года относятся к черным дырам (4).

Возможно, в следующем году наступит время кванты Lub сверхпроводники. Вернее, мы уж точно не можем ожидать, что какая-нибудь «теория всего» будет удостоена, например, претендующего на это имя. суперструнная теория (что, кстати, категорически отвергает лауреат этого года Роджер Пенроуз). И старое пророчество из пари, длившегося почти два десятка лет и в итоге проигранного в 2020 году Мичио Каку, не потеряет своей актуальности.

О чем это? Так вот, в 2002 году состоялось публичное пари между американским научным журналистом Джоном Хорганом (5) и Мичио Каку (6), физиком и известным популяризатором науки. Ставка на теорему Хоргана: «До 2020 года никто не получит Нобелевскую премию за работу над теорией суперструн, теорией мембран или любой другой единой теорией, описывающей все силы природы».

Каку с ним не согласился и поставил две тысячи долларов на противоположное, т.е. как следует понимать нобелевка за суперструны и унификацию до этого времени. Хотя формально время пари еще не истекло, Джон Хорган уже считается победителем, так как в прошлом году Нобелевская премия по физике была присуждена за открытия в области космологии, а еще одна премия за достижения в аналогичной области науки считается крайне навряд ли. Две тысячи долларов, скорее всего, будут пожертвованы Комитету службы американских друзей.

Стоит привести выдержки из аргументов обоих мужчин, опубликованные в 2002 году, когда было заключено пари.

«» Написал Хорган. «».

Каку писал: «. «.

Когда читаешь эти слова Митио Каку 18-летней давности, становится понятно, почему он проиграл пари. Многого из того, что он предсказывал, не произошло, а если и произошло, то позже, чем он ожидал, и не дало ожидаемых им результатов. А теория струн лежит тихонько, где-то на обочине физики, не притесняемая «телефонными звонками из Швеции», как иногда говорят о методе информирования нобелевских лауреатов о том, что они стали лауреатами.