Виявлення гравітаційних хвиль підтверджує «пророцтво» Ейнштейна та Гокінга про чорні діри

Вчені щойно зафіксували найдетальніший сигнал гравітаційної хвилі від зіткнення чорної діри, тим самим вперше підтвердивши правильність двох важливих передбачень Ейнштейна та Гокінга щодо чорних дір.

Коли дві чорні діри зливаються, вони створюють брижі в космосі, які називаються гравітаційними хвилями. Детектори на Землі можуть «вловлювати» ці сигнали, допомагаючи вченим краще зрозуміти Всесвіт – Фото: Меггі Чіанг/Simons Foundation

Чорні діри, «космічні монстри» з гравітаційним тяжінням настільки сильним, що навіть світло не може вирватися з нього, вже давно є захопливою темою для вчених.

Незважаючи на те, що чорні діри з'явилися в теоретичних працях Альберта Ейнштейна понад століття тому та були ретельно вивчені Стівеном Гокінгом у 20 столітті, вони залишаються найнедоступнішим об'єктом у Всесвіті через свою «невидиму» природу.

Гравітаційні хвилі: ключ до відкриття дверей до дослідження чорних дір

У 2015 році гравітаційно-хвильова обсерваторія LIGO (США) вперше зафіксувала гравітаційні хвилі – брижі в просторі та часі, спричинені зіткненням двох чорних дір далеко у Всесвіті. Це відкриття порівняли з «відкриттям нового відчуття» спостереження за Всесвітом, а також надало можливість безпосередньо перевірити теорії про чорні діри.

Однак початкові дані недостатньо детальні, щоб підтвердити два важливих прогнози.

Одна з них — теорія Керра Ейнштейна. Згідно із загальною теорією відносності, чорні діри можна описати лише двома основними властивостями: масою та спіном. Усі інші властивості «зникають» при падінні в чорну діру, що відомо як «теорема про відсутність волосся».

Друга — це теорема Гокінга про площу . Стівен Гокінг передбачив у 1971 році, що площа горизонту подій чорної діри, межі, з якої ніщо не може вийти, може лише залишатися незмінною або збільшуватися з часом, ніколи не зменшуючи.

Це розглядається як принцип, подібний до другого закону термодинаміки, який стверджує, що ентропія (ступінь невпорядкованості) Всесвіту завжди зростає.

Прорив після десятиліття

Згідно з Sciencedaily , міжнародна колаборація LIGO-Virgo-KAGRA нещодавно опублікувала нові результати дослідження в журналі Physical Review Letters . Вони зафіксували найдетальніший сигнал гравітаційної хвилі, що виник внаслідок зіткнення двох чорних дір (подія GW250114), утворюючи гігантську чорну діру з масою в 63 рази більшою за сонячну та обертаючись до 100 разів на секунду.

Завдяки передовим технологіям, вчені вперше отримали «повну картину» як до, так і після злиття двох чорних дір. Завдяки цим даним вони одночасно підтвердили дві гіпотези:

Чорні діри справді точно описуються масою та спіном, як і передбачає загальна теорія відносності Ейнштейна.

Площа горизонту подій після злиття лише збільшується, відповідно до теореми Хокінга про площу.

Ейнштейн (праворуч) та Гокінг (ліворуч) мали точні оцінки природи чорних дір - Фото: MashableIndia

Від чорних дір до природи Всесвіту

Доведення теореми Гокінга виявляє дивну паралель між чорними дірами та термодинамікою. Іншими словами, зростання площі чорної діри нагадує збільшення ентропії, що означає, що чорні діри можуть бути «математичним вікном» у наше розуміння природи простору, часу та найбільшого прагнення сучасної фізики: об'єднання загальної теорії відносності та квантової механіки в теорію квантової гравітації.

«Це найчіткіший на сьогодні доказ того, що чорні діри у Всесвіті справді відповідають теорії Ейнштейна», — сказав Максиміліано Ісі, член дослідницької групи. «Той факт, що площа чорної діри підпорядковується тому ж закону, що й ентропія, має глибокі наслідки для природи Всесвіту».

У наступному десятилітті детектори гравітаційних хвиль будуть у 10 разів чутливішими, ніж сьогодні. Наступник космічної антени лазерного інтерферометра, що знаходиться на стадії розробки, обіцяє вловлювати коливання від надмасивних чорних дір у центрі галактик.

Більше ніж через 100 років після того, як Ейнштейн передбачив чорні діри за допомогою математичних рівнянь, і більш ніж через півстоліття після того, як Гокінг довів це теоретично, людство почало безпосередньо «чути» та «бачити» сигнали, які доводять їхню правоту.

Чорні діри, які колись існували лише в наукових книгах, поступово стають «реальними» сутностями на очах астрономів, і кожен зареєстрований сигнал гравітаційної хвилі є кроком вперед, допомагаючи людям краще зрозуміти таємничий Всесвіт, у якому ми живемо.

Повернутися до теми

МІНЬ ХАЙ

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