Обнаружение гравитационных волн подтверждает «пророчество» Эйнштейна и Хокинга о черных дырах

Ученые только что зарегистрировали самый подробный сигнал гравитационной волны от столкновения черной дыры, тем самым впервые подтвердив правильность двух важных предсказаний Эйнштейна и Хокинга о черных дырах.

Когда две чёрные дыры сливаются, они создают в пространстве рябь, называемую гравитационными волнами. Детекторы на Земле могут «уловить» эти сигналы, помогая учёным лучше понять Вселенную. Фото: Мэгги Чан/Фонд Саймонса

Черные дыры, «космические монстры» с настолько сильными гравитационными силами, что даже свет не может их покинуть, уже давно привлекают внимание ученых.

Несмотря на то, что черные дыры появились в теоретических трудах Альберта Эйнштейна более века назад и были подробно изучены Стивеном Хокингом в XX веке, они остаются самым недоступным объектом во Вселенной из-за своей «невидимой» природы.

Гравитационные волны: ключ к исследованию черных дыр

В 2015 году Гравитационно-волновая обсерватория LIGO (США) впервые зарегистрировала гравитационные волны – рябь пространства и времени, вызванную столкновением двух чёрных дыр в далёком космосе. Это открытие было названо «открытием нового смысла» для наблюдения за Вселенной, а также предоставило возможность напрямую проверить теории о чёрных дырах.

Однако исходные данные недостаточно подробны, чтобы подтвердить два важных прогноза.

Одна из них — теория Керра Эйнштейна. Согласно общей теории относительности, чёрные дыры можно описать только двумя основными свойствами: массой и спином. Все остальные свойства «исчезают» при падении в чёрную дыру, что известно как «теорема об отсутствии волос».

Вторая — теорема Хокинга о площади . Стивен Хокинг предсказал в 1971 году, что площадь горизонта событий чёрной дыры, границы, из которой ничто не может вырваться, может только оставаться неизменной или увеличиваться со временем, никогда не уменьшаясь.

Это считается принципом, аналогичным второму закону термодинамики, который гласит, что энтропия (степень беспорядка) Вселенной всегда увеличивается.

Прорыв после десятилетия

Как сообщает Sciencedaily , международное сотрудничество LIGO-Virgo-KAGRA недавно опубликовало новые результаты исследований в журнале Physical Review Letters . Они зафиксировали самый подробный из когда-либо зарегистрированных сигналов гравитационных волн, возникших в результате столкновения двух чёрных дыр (событие GW250114), в результате которого образовалась гигантская чёрная дыра с массой, в 63 раза превышающей массу Солнца, и скоростью вращения до 100 оборотов в секунду.

Благодаря передовым технологиям учёные впервые получили «полную картину» того, что происходило до и после слияния двух чёрных дыр. Эти данные позволили им подтвердить сразу две гипотезы:

Черные дыры действительно точно описываются массой и спином, как и предсказывает общая теория относительности Эйнштейна.

Площадь горизонта событий после слияния только увеличивается, в соответствии с теоремой Хокинга о площадях.

Эйнштейн (справа) и Хокинг (слева) точно оценили природу чёрных дыр. Фото: MashableIndia

От черных дыр к природе Вселенной

Доказательство теоремы Хокинга обнаруживает поразительное сходство между чёрными дырами и термодинамикой. Другими словами, рост площади чёрной дыры подобен увеличению энтропии, что подразумевает, что чёрные дыры могут быть «математическим окном» в наше понимание природы пространства, времени и величайшего достижения современной физики: объединения общей теории относительности и квантовой механики в теорию квантовой гравитации.

«Это самое ясное на сегодняшний день доказательство того, что чёрные дыры во Вселенной действительно соответствуют теории Эйнштейна», — заявил Максимилиано Изи, член исследовательской группы. «Тот факт, что площадь чёрной дыры подчиняется тому же закону, что и энтропия, имеет глубокие последствия для природы Вселенной».

В следующем десятилетии детекторы гравитационных волн станут в 10 раз чувствительнее, чем сегодня. Ведётся разработка преемника телескопа Laser Interferometer Space Antenna, который, как ожидается, будет регистрировать вибрации сверхмассивных чёрных дыр в центрах наших галактик.

Спустя более 100 лет после того, как Эйнштейн с помощью математических уравнений предсказал существование черных дыр, и более полувека после того, как Хокинг доказал их теоретически, человечество начало напрямую «слышать» и «видеть» сигналы, которые доказывают их правоту.

Черные дыры, которые когда-то существовали только в научных учебниках, постепенно становятся «реальными» сущностями на глазах у астрономов, и каждый зарегистрированный сигнал гравитационной волны — это шаг вперед, помогающий человечеству лучше понять загадочную Вселенную, в которой мы живем.

Вернуться к теме

МИНЬ ХАЙ

Источник: https://tuoitre.vn/phat-hien-song-hap-dan-xac-nhan-tien-tri-cua-einstein-va-hawking-ve-ho-den-20250913075131812.htm