«Они существуют!», или Баллада о черных дырах
В эти выходные в Москве проходит XV Всероссийский фестиваль NAUKA 0+, посвященный физике будущего. Онлайн-лекции читают самые известные ученые России и зарубежья.
Сегодня научный сотрудник Астрокосмического центра ФИАН Никита Денисович УТКИН рассказал о самых интересных свойствах черных дыр и о том, почему наличие этих объектов во Вселенной больше не вызывает сомнений.
Когда-то черные дыры существовали только на бумаге, как следствие общей теории относительности Эйнштейна, а сейчас ученые имеют на руках фотографию тени этого удивительного объекта, когда-то считавшегося гипотетическим. Для того, чтобы доказать существование черных дыр, были затрачены колосcальные усилия и использовано уникальное оборудование. Но игра стоила свеч, ведь черные дыры поражают наше воображение своими необычными свойствами. Какими именно?
Черная дыра — это область пространства-времени внутри горизонта событий, которую ничего не может покинуть, даже свет.
Черная дыра подобна объекту микромира, говорит Никита Уткин, и у нее может быть только три параметра: масса, электрический заряд и момент импульса вращения. Так называемая Керровская черная дыра (с вращением, но без электрического заряда) окружена эргосферой (эллипсоидальной оболочкой), в которой пространство-время завихрено, и все тела увлекаются этим вихревым движением.
Парадоксы черных дыр буквально противоречат здравому смыслу, считает лектор. Один из таких парадоксов касается момента падения в черную дыру и сильного искривления пространства-времени вблизи нее. При падении тела на черную дыру, при наблюдении непосредственно с самого тела, оно достигает горизонта событий за конечное время и будет разорвано приливными силами, но с точки зрения стороннего наблюдателя, находящегося достаточно далеко от черной дыры, падение тела будет продолжаться бесконечно долго.
Примечательно, что при прохождении внутрь горизонта событий пространство и время меняются местами. Горизонт событий черной дыры не подчиняется привычному нам принципу причинности (причина-следствие), он обладает телеологической природой — его состояние определяется не прошлым, а будущим! "То есть в каком-то плане черные дыры — это и есть те самые машины времени", — говорит Никита Уткин.
Если использовать общую теорию относительности, то объем любой черной дыры равен бесконечности: это связано с особой структурой пространства-времени внутри горизонта событий. "Общая теория относительности в результате дает бесконечность в центре черной дыры. Но эта теория, на самом деле, не всесильна. Поэтому чтобы описать центр черной дыры, нужно совместить теорию гравитации и квантовую физику, построить более серьезную теорию квантовой гравитации, а может, и теорию суперструн", — считает ученый.
Важнейшим этапом в изучении черных дыр стало обнаружение гравитационных волн (2016 г.) от слияния двух массивных черных дыр. Но еще более убедительные доказательства принес 2019 год. Тогда весь мир смог увидеть черную дыру (а вернее, ее тень) воочию. Первое в истории изображение тени черной дыры продемонстрировали астрофизики из международной группы Event Horizon Telescope. Этот объект в 6,5 миллиардов раз больше массы Солнца и находится в центре галактики М 87 в созвездии Девы, на расстоянии более 50 миллионов световых лет от нашей Солнечной системы.
Из презентации Н.Д. Уткина.
"Черные дыры существуют, это неизбежно. Но не беспокойтесь: почувствовать жуткую мощь черной дыры можно только вблизи горизонта событий, а на далеких расстояниях притяжение этого объекта работает по законам Ньютона, так что ничего страшного не случится", - подытожил физик.
Кстати, пока что доподлинно неизвестно, что находится в центре нашей Галактики. Возможно, что там расположилась не черная дыра, как принято сейчас считать, а кротовая нора. Именно поэтому в 2020 году в официальной формулировке Нобелевского комитета за достижения по физике (лауреаты Андреа Гез и Райнхард Генцель) прозвучали слова «за открытие сверхмассивного компактного объекта в центре нашей Галактики», без упоминания о черной дыре.
Полная версия лекции Никиты Уткина на фестивале NAUKA 0+
Всероссийский Фестиваль науки NAUKA 0+ – крупнейший просветительский проект в области популяризации науки в мире - реализуется ежегодно с октября по ноябрь в 80 регионах нашей страны на более чем 400 площадках. Проводится Министерством образования и науки РФ при поддержке Правительства Москвы, МГУ и РАН.
В этом году фестиваль отмечает 15-летний юбилей и проходит в новом онлайн-формате. Главная тема – 75-летие атомной промышленности и «Физика будущего». В программе – свыше 10 000 мероприятий: лекции Нобелевских лауреатов, ведущий российский ученых и популяризаторов науки, вебинары и мастер-классы, виртуальные лабораторные, увлекательные научные шоу, дискуссии о будущем человечества, показы научных фильмов, соревнования роботов, научные бои Science Slam, квизы и квесты, а также первый Виртуальный гипермузей науки.
Источник: Материал портала «Научная Россия» — «Они существуют!», или Баллада о черных дырах
