Нобелевская премия по физике 6 октября была присуждена за открытие чёрных дыр. Теоретическое доказательство их существования и связь с теорией относительности Альберта Эйнштейна обеспечил известный английский физик Роджер Пенроуз, за что ему вручили половину денежной премии. А вот экспериментально существование чёрных дыр параллельно и независимо друг от друга подтвердили немецкий астрофизик Рейнхард Генцель и астроном из США Андреа Гез. Им и досталась вторая половина премии.
Трое учёных, отмеченных высшей научной наградой, внесли огромный вклад в доказательство существования чёрных дыр, о которых стали задумываться ещё в начале XX века - сразу после того, как Альберт Эйнштейн представил миру теорию относительности. Однако тогда всё это было догадками, в которые не верил и сам Эйнштейн.
Сложность состояла в том, чтобы математически увязать эти массивные объекты, которые должны находиться в середине галактик, с физическими законами.
- Получившие премию учёные доказали, что чёрные дыры не фантастика, а реально существующие объекты. Это великое достижение, - считает профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политехнического университета (вуз - участник проекта повышения конкурентоспособности образования "5-100") Сергей Кетов. - Роджер Пенроуз развил теорию чёрных дыр, а Рейнхард Генцель и Андреа Гез подтвердили на основании гравитационного поля существование сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики.
Родившийся в 1931 году Роджер Пенроуз - сегодня один из известнейших мировых учёных. Его книги переведены на множество языков, ими зачитываются любители космологии. А вот сам Роджер, по его словам, никогда не любил читать. На вопрос о его любимой книге в интервью журналу Discover он ответил: "Чтение было не совсем тем, чем я занимался".
Российским читателям, возможно, будет приятно узнать, что его бабушка происходила из латвийской еврейской семьи и жила в Санкт-Петербурге, пока не покинула страну в конце XIX века. Кстати, в Россию учёный приезжал с лекциями не так давно, в 2013 году.
Математика Роджеру поначалу не очень давалась, хотя и нравилась. Просто он был настолько медлительным, что на решение задач у него уходило в два раза больше времени, чем у остальных, поэтому его даже перевели в специальный класс младшей школы. Однако в результате мальчик стал нобелевским лауреатом, получив премию именно за математические расчёты.
Своими расчётами он доказал: чёрные дыры могут образовываться и существовать в реальных условиях. Они вписываются в теорию относительности Эйнштейна.
УВИДЕТЬ ТО, ЧЕГО НЕТ
После того как возможность существования чёрных дыр была доказана, немецкий астрофизик Рейнхард Генцель и параллельно с ним американка астроном Андреа Гез, возглавившие отдельные исследовательские группы, которые изучают центр нашей Галактики, сумели увидеть на небе искривления траектории пролетающих мимо чёрной дыры объектов.
Единственным объяснением этого искривления было существование чёрной дыры. Но увидеть её саму невозможно, так как дыра поглощает всё, включая свет.
Андреа Гез, по её словам, смотрит в телескоп с четырёх лет. Однако в детстве девочку больше интересовало то, что творится в квартирах в соседних домах, но сейчас она увидела то, что действительно достойно мировой награды.
- Рейнхард Генцель и Андреа Гез возглавляют большие группы инженеров и астрофизиков, которые уже четверть века бьют в одну точку, находящуюся в центре нашей Галактики: гигантскую массивную чёрную дыру, которую очень трудно исследовать, - объяснил старший научный сотрудник Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга, доцент физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Владимир Сурдин.
- Эта точка закрыта многослойным пылевым одеялом, и добраться до неё было нелегко, сделать это удалось только в инфракрасном диапазоне. Различить мелкие детали было невозможно, пока коллектив инженеров и астрофизиков не создал замечательную вещь - адаптивную оптику, которая приспосабливается к флуктуациям земной атмосферы. Это позволило убрать недостатки в изображениях, которые вносила атмосфера нашей планеты.
Чтобы это сделать, пришлось задействовать два крупнейших на данный момент телескопа. Немецкий астроном Рейнхард Генцель и его группа первоначально использовали NTT (New Technology Telescope) - телескоп на горе Ла-Силья в Чили, а впоследствии - VLT (Very Large Telescope) на горе Параналь, тоже в Чили. VLT имеет самые большие в мире монолитные зеркала, каждое диаметром более 8 м.
Андреа Гез и её исследовательская группа использовали обсерваторию Кека, расположенную на гавайской горе Мауна-Кеа. Зеркала телескопа имеют диаметр почти 10 м и в настоящее время являются одними из самых больших в мире.
В конце концов астрономы поняли, что в центре нашей Галактики (Млечного пути) находится гигантская чёрная дыра, которая должна быть эквивалентна примерно 4 млн солнечных масс.
АСТРОФИЗИКА НА ПОДЪЁМЕ
Может показаться удивительным, что премию второй год подряд присуждают за достижения в астрофизике. Но этому есть объяснение.
- За последние два года появилось множество интересных открытий, в первую очередь публикация результатов исследования с помощью так называемого телескопа горизонта событий, - рассказала научный сотрудник отдела теоретической астрофизики Астрокосмического центра Физического института им. П.Н. Лебедева РАН Елена Михеева. - Он первым построил изображение чёрной дыры, которое было опубликовано в журнале Astrophysical Journal 10 апреля 2019 года. Полученные данные нужно осмыслить, перепроверить, но в целом это замечательный результат, который сильно продвинул вперёд всю астрофизику и астрономию.
Это спровоцировало значительный рост публикаций по чёрным дырам, что вполне могло повлиять на решение Нобелевского комитета.
Эксперт отметила, что наука развивается волнами и в каждой её области бывают периоды подъёмов и спадов. Иногда материалы по теме накапливаются долгое время, что приводит в некий момент к лавинообразному росту публикаций. Сейчас такой подъём количества интересных данных наблюдается в области астрофизики.
Казалось бы, космические открытия могут дать людям понимание того, как устроена Вселенная, но не практическую пользу. Однако эксперты опровергают это утверждение.
По словам профессора Высшей инженерно-физической школы Санкт-Петербургского политехнического университета имени Петра Великого Александра Иванчика, вся фундаментальная физика рано или поздно получает практическую ценность. Эксперт сравнил чёрные дыры с чёткими маяками во Вселенной, с помощью которых можно осуществлять координатную привязку.
- Системы навигации, в частности, используют и чёрные дыры в активных ядрах галактик для уточнения координатного позиционирования, - пояснил эксперт. - Так что они уже имеют практическое применение.
Руководитель научной программы "РадиоАстрон" Юрий Ковалёв добавил: без учёта общей теории относительности Альберта Эйнштейна системы глобального позиционирования, например ГЛОНАСС, не будут работать с той точностью, которая нужна.
Появление большого количества данных, в свою очередь, порождает новые теории. Поэтому вполне вероятно, что в следующем году награду снова получат учёные, чьи работы посвящены космосу и астрофизике. Например, в ближайшее время астрономы ожидают открытия природы чёрной материи, точнее, того, что же является физическим носителем этого загадочного вещества. Впрочем, порой полученные результаты только отбрасывают теорию назад, и тогда на подъёме оказывается совсем другая область физики.
Член Нобелевского комитета по физике Дэвид Хэвиленд и генеральный секретарь Шведской королевской академии наук Йоран Ханссон (слева направо) объявляют лауреатов Нобелевской премии по физике
Первая фотография чёрной дыры, сделанная Event Horizon Telescope