404

Сторінку не знайдено

Chas.News not found
Далека і супермасивна. Нобелівську премію з фізики вручили за вивчення чорних дір

Нобелівський комітет вміє тримати інтригу краще, ніж американські кіноакадеміки. Адже у випадку з «Оскаром» номінанти відомі задовго до церемонії. А от імена претендентів на «нобелівку» — таємниця аж до оголошення переможця. Тож світу залишається лише гадати, яке наукове досягнення комітет визнає найвидатнішим.

«Ми з колегами досі чекаємо, що премію дадуть за відкриття метаматеріалів», — розповідає Chas News Іван Максимов, фізик з Технологічного університету Суінберна (Австралія) і лауреат «Шнобелівської» премії - 2020. За його словами, це матеріали, здатні керувати світлом набагато краще за звичайні лінзи. З ними можна створити ще тонші смартфони або ж революційні засоби маскування.

Але нагороди за це відкриття, зроблене ще на початку 2000-х, доведеться почекати принаймні рік. Адже в 2020-му «нобелівку» з фізики отримали вчені, які зробили внесок у дослідження чорних дір. Половина премії в 10 млн шведських крон ($1,12 млн) надійшла британському дослідникові Роджеру Пенроузу, а другу половину розділили німець Райнхард Генцель і американка Андреа Гез. За що ж їх удостоїли найпрестижнішої наукової нагороди?

Переконати Ейнштейна

У 1915-му році Альберт Ейнштейн представив світу загальну теорію відносності (ЗТВ), що заклала основу сучасного розуміння гравітації. Фундаментальної сили, що утримує людей на Землі, керує орбітами планет і світил, допомагає зіркам народжуватися і гинути. Всі дослідження Всесвіту, зроблені за минулі 100 років, спиралися саме на цю теорію.

За кілька тижнів після публікації ЗТВ Карл Шварцшильд, німецький астроном, запропонував теоретичний опис дуже масивних об'єктів, які пізніше назвали чорними дірами. Базуючись на роботі Ейнштейна, він передбачив їхнє існування.

«Чорні діри — ймовірно, найдивніше передбачення загальної теорії відносності», — відзначають у Нобелівському комітеті.

Чорні діри — ймовірно, найдивніше передбачення загальної теорії відносності

Це об'єкти, які виникають після загибелі зірок, маса яких набагато більша, ніж у Сонця. Наприкінці життя, коли у таких світил закінчується «паливо», вони спершу переживають вибух, а потім катастрофічно швидко стискаються (колапсують). Колосальна маса збирається в надзвичайно щільний об'єкт з сильним гравітаційним притяганням. Настільки сильним, що подолати його не може навіть світло. Ця властивість робить чорні діри невидимими.

Ейнштейн не вірив, що такі об'єкти існують, хоч на це і вказувала його власна теорія. Багато років зневіру поділяли більшість вчених. За словами Сабіни Хоссенфельдер, фізика-теоретика з Франкфуртського інституту перспективних досліджень, чорні діри вважалися «лише математичними дивами». Тим більше, що побачити їх на власні очі ніхто не міг.

Деякі дослідники намагалися описати чорні діри через рівняння. Але ті розрахунки спиралися на ідеальні умови, не властиві реальному світу. В 60-х роках Роджер Пенроуз — тоді професор математики в лондонському коледжі Біркбек — змінив це. Він надав рішення, яким довів, що виникнення чорних дір цілком можливе в реальних умовах.

«Виявилося, що колапс зірки майже неминуче веде до зародження чорної діри, і у Всесвіті їх повинно бути дуже багато», — каже Хоссенфельдер.

Тож Ейнштейн помилявся, а його теорія — ні. Втім, рішення Пенроуза він не побачив. Британець опублікував його тільки в 1965-му — за 10 років після смерті автора ЗТВ. Однак наукове співтовариство оцінило роботу Пенроуза. До сьогодні вона сприймається як найбільш значущий внесок в загальну теорію відносності з часів Ейнштейна.

Чорне серце галактики

У 60-х роках минулого століття вчені припустили, що в центрі кожної великої галактики ховаються надмасивні чорні діри. Це справжні космічні гіганти. Тільки уявіть: маса Сонця складає 2×10 в 30-му степені кг. Це двійка і ще 30 нулів після неї. Якби наше світило перетворилося на чорну діру, її маса б не змінилася. А от його діаметр зменшився б з 1,4 млн км до менш ніж 6 км. Маса великих чорних дір в мільйони разів більша, ніж у Сонця. Їхній діаметр вимірюється у мільйонах кілометрів.

Перший в історії знімок чорної діри — темна пляма всередині яскравого ореолу, що називається горизонтом подій

Такий монстр є і в серці Чумацького Шляху. Завдяки Райнхарду Генцелью і Андреа Гез ми можемо бути впевненими в існуванні цієї чорної діри. Генцель працює в Інституті позаземної фізики товариства Макса Планка, а Гез — в Каліфорнійському університеті в Лос-Анджелесі (США). До Нобелівської премії вони прямували паралельними шляхами.

Ще на початку 90-х вони очолили дві команди астрономів, які спостерігали за зірками, розташованими близько до центру нашої галактики. Для цього вони використовували найсучасніше обладнання передових обсерваторій. Генцель працював з телескопами New Technology Telescope і Very Large Telescope, що дивляться в небо з висоти чилійських Анд. Гез трудилася в обсерваторії Кека, розташованій на вершині гори Мауна-Кеа на Гаваях.

І хоча команди працювали незалежно одна від одної, зрештою вони дійшли одного висновку: в центрі Чумацького Шляху існує невидимий об'єкт масою приблизно в 4 мільйони разів більше, ніж у Сонця. Це надмасивна чорна діра і саме вона впливає на найближчі зірки.

Що все це означає?

Коли нобелівський комітет оголошує чергових лауреатів, ми інтуїтивно розуміємо, що їхні досягнення важливі. Зрештою, найпрестижнішу наукову нагороду не можуть давати за всілякі дрібниці. Але яке значення для широкої аудиторії мають дослідження чорних дір?

«Нобель заповів вручати премії за те, що важливо як для науки, так і для людства, і з останнім цього разу не все легко», — визнає Іван Максимов.

Справді, у 2018-му нагороду отримали фізики, які створили лазерну технологію, що сьогодні широко застосовується в хірургії очей. У минулому році премію з хімії взяли вчені, які винайшли літій-іонні батареї. Сьогодні такі є в наших смартфонах, електромобілях і в іншій техніці. Тобто ці відкриття мали практичне застосування, зрозуміле кожному.

З чорними дірами все не так очевидно. На думку Максимова, не виключено, що і за 200 років люди не зможуть скористатися цими відкриттями. Але не всі досягнення варто зводити винятково до практичної користі. «Це фундаментальні знання, необхідні, щоби краще розуміти наше місце у Всесвіті», — вважає український фізик.

Такі знання здатні надихнути молоде покоління до вивчення фізики, практикуючих вчених — до пошуку нових розгадок таємниць космосу, а світові уряди — до фінансування цих досліджень.