Чому Стівен Хокінг так і не отримав Нобелівську премію, хоча його теорія про чорні діри виявилася геніальною?
Наукпоп17 жовтня 2021, 06:16
Історія відкриття знаменитого фізика починається в 1970 році — незадовго після того, як у сузір'ї Лебедя відкрили першу чорну діру. Зараз у нас є море інформації про ці монструозні структури, проте тоді про них знали лише одиниці — а ті, хто все-таки чули про чорні діри, володіли лише дещицею інформації порівняно з тим, що нам доступно сьогодні.
Однак уже тоді Стівен Хокінг зміг дійти припущення, яке визначило наше розуміння того, як працюють ці небесні тіла. Відповідно до загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна, ніщо не може покинути чорну діру — навіть світло. Саме тому діри є «чорними» — ми не можемо їх побачити, адже світло, що потрапляє в них, зникає назавжди. Все, що потрапляє за горизонт подій — невидиму нашому оку межу неповернення — ніколи більше не покине меж чорної діри.
З огляду на це Хокінг припустив, що таким чином чорна діра може лише набирати масу, а площа її горизонту подій лише збільшується. На той момент це була досить незвичайна ідея. Ми не знали про природні об'єкти, які мало того що своєю гравітацією затягують усередину себе практично що завгодно, так ще й не зменшуються. Припущення про постійне зростання чорних дір стало основою для статті 1973 року під назвою Чотири закони механіки чорних дір, яку вчений написав у співавторстві з британським фізиком Брендоном Картером і американським колегою Джеймсом Бардіном.
Також у статті обговорювалося припущення, що згодом отримало назву теореми про відсутність волосся у чорних дір. Незважаючи на незвичайну назву, її зміст зводиться до того, що зовнішні властивості чорної діри залежать виключно від її маси, обертання (спину) й електричного заряду. Інших характеристик, за якими одну чорну діру можна відрізнити від іншої, не існує. Зараз ця ідея так і залишається гіпотезою — вчені її як спростовують, так і підтверджують.
Передплатіть NV Преміум та читайте без обмежень
Нам необхідна ваша підтримка, щоб займатися якісною журналістикою
Хокінг з колегами дійшли висновку, що, чим старшим стає Всесвіт, тим більше інформації буде запечатано всередині чорних дір. Потенційно таким чином ми можемо втратити величезну кількість інформації, яка могла б нам підказати розгадку фундаментальних наукових питань на кшталт появи Всесвіту. Розв’язання загадки стало ще складнішим буквально через рік, коли Хокінг припустив існування випромінювання чорних дір, яке поступово «вбиває» їх.
Проблемою тих часів було те, що у вчених не було технологій, які могли б їм дозволити спостерігати і вивчати чорні діри. Дослідники розуміли, що десь за горизонтом подій Загальна теорія відносності взаємодіє з квантовою механікою — однак ніхто не розумів, як саме (спойлер: ми цього не знаємо і зараз). Проте, саме ці припущення змінили фундаментальну фізику — вже майже 50 років вчені з усього світу намагаються зрозуміти, що ж відбувається з інформацією в чорній дірі.
Детектори гравітаційних хвиль врятували ситуацію
Наука — досить цікава штука, адже одні відкриття ведуть до інших; згодом це породжує нові технології, які в майбутньому допомагають вченим робити відкриття, про які раніше можна було читати тільки в науковій фантастиці.
У 2003 році Кіп Торн пообіцяв Хокінгу, що його винахід допоможе вченому довести своє припущення. Торн був частиною команди, яка працювала над детектором гравітаційних хвиль LIGO.
Гравітаційні хвилі — це сигнали найпотужніших подій у Всесвіті на кшталт зіткнення зірок або злиття чорних дір. Їх існування припускав ще Альберт Ейнштейн, проте зафіксувати їх на практиці вчені не могли понад 100 років. Відчути дію цих хвиль на Землі практично неможливо, тому що вона занадто мала, щоб їхній вплив гравітаційних хвиль хоч якось позначився на планеті.
Саме гравітаційні хвилі могли б подарувати Нобелівську премію Стівену Хокінгу. Що ще іронічніше — саме гравітаційні хвилі подарували Нобелівську премію одному з їх першовідкривачів — Кіпу Торну. Їх відкриття вважають одним з найважливіших досягнень сучасної астрофізики, адже гравітаційні хвилі стали нашим космічним маркером, який допомагає нам вивчати події, які ніколи не могли бути виявлені за допомогою традиційної світлової астрономії.
Перше виявлення гравітаційних хвиль ознаменувало зіткнення двох чорних дір, яке сталося приблизно 1,3 млрд років тому. Команда LIGO з’ясувала, що одна з них була в 36 разів масивнішою за наше Сонце, а інша — в 29 разів масивніша. Внаслідок зіткнення утворилася нова чорна діра з масою приблизно 62 Сонця; енергія трьох Сонць розчинилася в гравітаційних хвилях, які і вловив детектор.
Коли інформація про це дійшла до Хокінга, він з подивом запитав у Торна, чому ніхто не перевірив його чотири закони чорних дір. Пізніше вчений пояснив, що тоді всі були зайняті вивченням гравітаційних хвиль, і нікому з команди навіть на думку не спало перевіряти теорії Хокінга. Ба більше, тоді вже було пізно що-небудь додавати до статті, адже вона вже була готова і її відправили на перевірку.
Цю помилку вирішив виправити фізик з Массачусетського технологічного інституту Максиміліано Ісі. Разом з колегами він кілька років аналізував деталі результатів LIGO, після чого в своїй статті вони заявили, що Хокінг мав рацію — принаймні, в питанні постійного збільшення горизонту подій чорної діри.
Однак це було занадто пізно. Як мінімум, для самого Хокінга. Вчений помер 14 березня 2018 року, за два з половиною роки до відкриття, яке підтвердило одне з його найважливіших припущень про еволюцію чорних дір
Чи претендував би Хокінг на отримання премії, якби він був живий?
Багато вчених упевнені — якби Хокінг був живий зараз, він би напевно претендував на отримання Нобелівської премії. Однак історія повернулася таким чином, що один з найзнаменитіших дослідників так і не став нобелівським лауреатом, адже цю нагороду не вручають посмертно.
«Це експериментальне підтвердження одного з його пророкувань. Сподіваюся, Нобелівський комітет розуміє це», — каже Даніель Хольц, астрофізик з університету Чикаго. Ендрю Стромінджер, колишній співробітник Хокінга, впевнений, що це доказ гіпотези про розширення чорних дір тільки зміцнило його впевненість у тому, що британський вчений мав отримати Нобелівську премію.
Однак премія з фізики завжди тяжіла до практичних і експериментальних відкриттів, пише NY Times. Навіть Ейнштейн отримав її не за свою теорію відносності, а за пояснення фотоефекту. Торік Нобелівський комітет просунувся в цьому напрямку, вручивши нагороду Роджеру Пенроузу з Оксфордського університету за доказ того, що чорні діри у Всесвіті можливі. Однак він розділив приз із двома вченими —Рейнхардом Гензелем з Інституту позаземної фізики Макса Планка і Андреа Гезом із Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, які обидва вивчали надмасивну чорну діру в центрі Чумацького Шляху.
У Хокінга не було таких «союзників». Проте він все одно вписав своє ім'я в історію, ставши вченим, чиї відкриття досі розбурхують уми і є основою для все нових і нових досліджень.