Загадка черной дыры: обсуждаем одну из главных теорий Стивена Хокинга с ученым из Подмосковья

04 мая 2018 18:22

Фото: [NASA]

Труды английского физика-теоретика и популяризатора науки Стивена Хокинга продолжают будоражить умы и вызывать интерес как мирового научного сообщества, так и людей, интересующихся наукой. Корреспондент «Подмосковье сегодня» пообщался с ученым-исследователем, преподавателем МФТИ Еленой Нохриной, чтобы узнать, какие теории знаменитого ученого актуальны для его коллег в Подмосковье, а заодно обсудил с астрофизиком вес черной дыры и смешные взрывы в знаменитой эпопее «Звездные войны».

ИЗЛУЧАЕТ ИЛИ ПОГЛОЩАЕТ?

Елена Нохрина преподает уравнения математической физики, а также основы квантовой механики. Преподавание совмещает с научной деятельностью, работая в лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной при институте.

Для Елены, как для астрофизика, из всего наследия английского ученого наиболее интересно знаменитое излучение Хокинга. Суть этой теории в том, что черная дыра может испаряться, то есть терять свою массу и уменьшаться в поверхности, а вместе с этим вырабатывать излучение, которое и назвали именем исследователя.

Черные дыры все еще одни из самых загадочных объектов во Вселенной. Из чего они состоят, какие законы к ним применимы? Ученые всего мира спорят на эти темы. Открытым остается и вопрос, способна ли черная дыра излучать что-либо, или она, как считалось долгое время, только поглощает, причем все – от мельчайших частиц до целых планет.

Именно Стивен Хокинг одним из первых предположил, что черная дыра может излучать элементарные частицы, такие как фотоны или кванты света.

– Излучение Хокинга – это рождение виртуальных частиц, которое происходит около черных дыр и задействует энергию их массы, – поясняет Нохрина. – Получаются частицы с положительной энергией и отрицательной. Частица с отрицательной энергией падает в черную дыру, а частица с положительной энергией способна «убежать», так как суммарная энергия рожденной пары равна нулю. Получается, что дыра теряет энергию, а также происходит уменьшение ее массы.

Елена Нохрина уточняет, что доказать теорию излучения Хокинга на данный момент сложно из-за ее слабости:

– Площадь горизонта событий черной дыры отождествляют с ее энтропией. А мы знаем, это Второй закон термодинамики, что энтропия в системе не должна убывать. Если же считать, что происходит излучение Хокинга, то получается, что энтропия черной дыры убывает. Это не противоречит общепринятой системе, если учитывать энтропию излученных частиц.

ЧИСТО ТЕОРЕТИЧЕСКИ

Есть практическая ценность в теории об излучениях черной дыры? Елена Нохрина считает, что до этого еще очень далеко.

– Хокинг – могучий теоретик, в основе его теорий лежит сложнейшая математика. Именно поэтому они так трудны для осмысления. Глубина проблем, которые он рассматривает в своих работах, конечно, производит очень сильное впечатление. Но это, скорее, вопрос научного любопытства, – рассказывает Нохрина. – Мы хотим понять, что происходит в природе: черные дыры и момент рождения Вселенной – это глобальные вопросы как с физической, так и с философской точки зрения.

Сейчас научная деятельность Елены сосредоточена на более конкретной задаче – восстановление параметров струйных выбросов из активных ядер галактик.

– Есть идея по видимым струйным выбросам попытаться оценить массу центральной черной дыры. Для этого существует специальный метод, но он очень опосредованный. Можно сказать, что мы ищем альтернативу, но конца нашей работе пока не видно, – уточняет астрофизик.

Зато определение массы черной дыры откроет новые возможности для ее изучения. Многие параметры связаны именно с массой. Это важнейший инструмент для понимания природы большинства объектов.

ВЗРЫВАТЬ И МЫТЬСЯ В КОСМОСЕ

Помимо научной деятельности и преподавания в вузе, Елена Нохрина работает и со школьниками: читает лекции о науке в младших классах.

– Готовясь к таким научно-популярным занятиям, стараешься рассказать детям что-то интересное и сам узнаешь что-то новое. Недавно я, например, выяснила, как моются космонавты в невесомости, – смеется ученая. – Все дело в поверхностном натяжении: они буквально воду намазывают на кожу. Для меня это было открытием. То есть, конечно, поразмысли я над этим вопросом, то догадалась бы, просто ты о таком не задумываешься.

Именно поэтому наша героиня и научно-фантастические фильмы смотрит с удовольствием. По ее мнению, даже при значительном несоответствии законам физики там всегда много любопытных и вполне реальных деталей.

– С большим интересом смотрела «Марсианина» и пересматривала старый фильм «Космическая одиссея» Кубрика, – говорит Елена. – А вот что всегда беспокоит, так это дискообразные взрывы в «Звездных войнах». Хотя там это не главное, конечно, но у меня всегда есть повод своим детям прочитать небольшую лекцию по ходу просмотра.

справка

Елена Нохрина – заместитель заведующего лабораторией фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ. Окончила МФТИ, защитила кандидатскую диссертацию по струйным выбросам в астрофизике. Сейчас работает над докторской диссертацией. Публиковалась в одном из ведущих мировых научных журналов по астрономии и астрофизике Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, а также в «Астрономическом журнале» – самом известном периодическом научном издании на тему астрономии в странах бывшего Советского Союза. Разработала математическую модель, позволяющую объяснить взаимное влияние черных дыр и джетов – быстрых струй плазмы, которые выбрасывают черные дыры. Эта работа позволила объяснить замедление вращения черных дыр.