Нобелевская премия за теорию вселенной

Нобелевская премия за теорию вселенной

Трое лауреатов, американцы Сол Перлмуттер, Брайан Шмидт и Адам Рисс, собрали доказательства того, что Вселенная расширяется с ускорением, наблюдая сверхновые типа Iа и используя их для измерения космологических расстояний.

Нобелевская премия по физике будет вручена космологам Солу Перлмуттеру (Saul Perlmutter), Брайану Шмидту (Brian Schmidt) и Адаму Риссу (Adam Riess), собравшим доказательства того, что Вселенная расширяется с ускорением.

Все лауреаты родились в США и обучались в американских университетах ( Гарвардском и Калифорнийском ). Стоит также отметить, что в 2006 году они уже получали престижную азиатскую Премию Шо с формулировкой, совпавшей с рескриптом Нобелевского комитета.

Гипотеза о том, что Вселенная расширяется, теоретически обоснована Александром Фридманом в начале ХХ века, а наблюдения Эдвина Хаббла, выполненные в конце двадцатых годов, стали её экспериментальным подтверждением. Чтобы оценить скорость расширения, астрономам нужно было найти какой-то класс объектов с известной светимостью («стандартных свечей»), которые можно использовать для измерения космологических расстояний. Самыми удобными и надёжными «свечами» оказались сверхновые типа Iа , вспыхивающие в тот момент, когда масса их предшественника — белого карлика — достигает хорошо известного предела Чандрасекара . Поскольку механизм взрыва универсален, все сверхновые типа Ia, находящиеся на одном расстоянии от нас, должны иметь примерно одинаковую светимость в максимуме, а наблюдаемая яркость вспышек, произошедших в разных галактиках, должна свидетельствовать о том, как сильно эти галактики удалены от Земли.

В конце прошлого века две исследовательские группы попытались составить массив экспериментальных данных по сверхновым типа Ia. Одна из них, Supernova Cosmology Project , приступила к работе в 1988-м, и руководил ею г-н Перлмуттер. Другая, возглавляемая Брайаном Шмидтом High-z Supernova Search Team , подключилась к исследованиям в 1994-м.

При обработке собранной информации учёные надеялись обнаружить замедляющееся расширение Вселенной. В получившей большую известность работе 1998 года, ведущим автором которой стал участник High-z Supernova Search Team Адам Рисс, было, однако, показано, что сверхновые типа Ia в галактиках, удаление которых определялось по закону Хаббла, имеют яркость ниже ожидаемой. Другими словами, расстояние до этих галактик, вычисленное по методу «стандартных свеч», превосходило дистанцию, рассчитанную по ранее установленному значению параметра Хаббла.

Отсюда следовало, что Вселенная расширяется с ускорением.

Этот неожиданный результат заставил космологов пересмотреть имеющиеся модели. Напомним: сейчас для объяснения ускоряющегося расширения Вселенной теоретики вводят понятие тёмной энергии .

Подготовлено по материалам Нобелевского комитета .

Источник

Нобелевскую премию по физике присудили за разгадку «самых темных тайн Вселенной»

Нобелевская премия по физике 2020 года присуждена англичанину Роджеру Пенроузу, немцу Рейнхарду Гензелю, также работающему в США, и американке Андреа Гез, объявил Нобелевский комитет. Награду они получили за достижения в прояснении «самых темных тайн Вселенной».

Физик и математик Пенроуз получил награду за «открытие того, что образование черной дыры является надежным предсказанием общей теории относительности». Директор германского Института внеземной физики имени Макса Планка Гензель и астроном Калифорнийского университета Гез — за «открытие сверхмассивного компактного объекта в центре нашей галактики».

Около ста лет черные дыры были теоретическим объектом. Но четыре года назад человечество впервые смогло «услышать» черные дыры: проект LIGO зарегистрировал гравитационные волны, испущенные при слиянии двух черных дыр. А в 2019 году было представлено первое изображение сверхмассивной черной дыры, расположенной в центре галактики М87.

Первая Нобелевская премия по физике была присуждена в 1901 году. Тогда ее лауреатом стал Вильям Рентген из Германии за открытие излучения, названного его именем. В 2019 году премия была присуждена «за вклад в понимание к эволюции Вселенной и места нашей планеты в космосе». Ее получили канадец Джеймс Пиблс (за теоретические открытия в области физической космологии) и швейцарцы Дидье Кело и Мишель Мэйор (за открытие экзопланеты на орбите вокруг солнцеподобной звезды).

Лауреатами Нобелевской премии по физике в разные годы были Джозеф Томсон (Великобритания), Альберт Эйнштейн (Германия), Нильс Бор (Дания), Мария и Пьер Кюри (Франция). 12 раз Нобелевскую премию в этой номинации получали советские и российские физики (в том числе родившиеся и получившие образование в СССР, а потом сменившие гражданство). Павел Черенков, Илья Франк и Игорь Тамм в 1958 году — за открытие излучения заряженных частиц, движущихся со сверхсветовой скоростью. Лев Ландау в 1962 году — за теории конденсированных сред и жидкого гелия. Николай Басов и Александр Прохоров в 1964 году — за создание квантового усилителя. Петр Капица в 1978 году — за открытия в физике низких температур. Жорес Алферов в 2000 году — за разработки в полупроводниковой технике. Виталий Гинзбург и Алексей Абрикосов в 2003 году — за работы по теории сверхпроводников и сверхтекучих жидкостей. И Андре Гейм и Константин Новоселов в 2010 году — за получение графена.

Премия по физике — вторая, лауреаты которой стали известны на этой неделе. Накануне премии в области медицины и физиологии «за открытие вируса гепатита С» были удостоены американцы Харви Альтер и Чарльз Райс и уроженец Великобритании, работающий в Канаде, Майкл Хоутон. До конца недели также будут присуждены Нобелевские премии по химии, литературе и экономике. Кроме того, 10 октября Нобелевский комитет в Осло присудит Нобелевскую премию мира.

Размер Нобелевской премии в 2020 году составляет 10 млн шведских крон (около $1,1 млн). Годом ранее она равнялась 9 млн шведских крон (около $950 000).

В этом году торжественная церемония награждения лауреатов Нобелевской премии в декабре в Стокгольме не состоится из-за коронавируса. Традиционное вручение медали и диплома лауреата королем Швеции в этом году будет заменено телевизионной трансляцией из городской ратуши с онлайн-подключением лауреатов. Организаторы Нобелевской премии мира, которая вручается в Норвегии, 10 декабря все же проведут церемонию награждения лауреатов, но в усеченном виде.

Источник

Общий вид на Вселенную: за что дали Нобелевскую премию по физике

Премия по физике была в этом году разделена на две равные части, доставшиеся ученым, которых объединяют достижения в области исследований Вселенной. Согласно формулировке Нобелевского комитета, премия присуждена «за вклад в наше понимание эволюции Вселенной и места Земли в космосе».

Первую половину премии получил Джеймс Пиблз — физик-теоретик и космолог, предложивший в конце прошлого века теоретическую основу наших современных представлений о бесконечной и расширяющейся Вселенной. Вторую половину разделили между собой два швейцарских астронома, Мишель Майор и Дидье Кело, углубивших человеческие представления о космосе: именно они в середине 1990-х установили, что наша Солнечная система — не исключение, а, как окончательно установлено к настоящему времени, очень типичный космический объект.

Плоский и вечный мир

Космология, сложившаяся к середине ХХ века, рассматривает Вселенную как объект, описываемый эйнштейновской Общей теорией относительности. У этого объекта есть два принципиальных параметра: скорость расширения и геометрические свойства пространства. Скорость расширения Вселенной зависит от плотности материи в ней: если материи слишком мало, Вселенная будет расширяться бесконечно, однако если плотность велика, то расширение неизбежно сменится сжатием.

От плотности материи зависит и геометрия пространства. При некоторой определенной («критической») плотности это пространство будет «эвклидовым», то есть будет иметь ту геометрию, к которой мы привыкли. В нем параллельные прямые никогда не пересекаются, а сумма углов треугольника — как бы далеко в космосе не располагались его вершины — всегда будет равна 180 о . При более высокой плотности пространство будет иметь «положительную кривизну»: в таком пространстве параллельные прямые сближаются, как земные меридианы, а сумма углов треугольника больше 180 о , как если бы он был нарисован на сфере (например, на поверхности Земли). Если плотность меньше критической, кривизна будет отрицательной, и параллельные будут расходиться.

Ко 1980 годам наблюдательные данные астрономии свидетельствовали, что наше пространство с большой точностью являются эвклидовым (его кривизна равна нулю). При этом видимая материя — то есть все галактики и межгалактический газ — никак не могла составлять больше 5% от критической плотности. Это был серьезный вызов для космологии: во Вселенной недоставало 95% плотности, необходимой для того, чтобы пространство было таким, какое наблюдается в реальности. Парадокс пытались разрешить, предположив существование «темной материи», состоящей из нейтрино, однако эта гипотеза имела множество проблем и не выдерживала проверки наблюдательными данными.

В 1982 году Джеймс Пиблз предположил существование иного типа темной материи, состоящей из холодных и тяжелых частиц. Такая материя могла объяснить видимое движение звезд в галактиках. Однако количество обычной и темной материи в сумме все равно составляло бы лишь 31% от критической плотности, необходимой для поддержания «плоской Вселенной» (то есть пространства с нулевой кривизной).

К 1984 году группа теоретиков, включая Пиблза, решила вернуться к идее, которую когда-то предлагал Эйнштейн: ввести в уравнения Общей теории относительности дополнительный параметр. Этот параметр описывает свойство пустого пространства — давление, как бы расталкивающее его изнутри. Параметр получил название «темной энергии». Темная энергия — это свойство вакуума, побуждающее его к расширению. А поскольку в теории Эйнштейна энергия всегда эквивалентна массе, темная энергия прибавляет к плотности те самые недостающие 69%, так что суммарная плотность «всего на свете» становится в точности равна критической. Таким образом, три компонента — обычная видимая материя, «темная материя» и «темная энергия» — вместе создают такую плотность, чтобы пространство, в котором мы живем, оставалось «плоским» и эвклидовым, подчиняющимся законам школьной геометрии.

«Темная энергия» гарантирует, что расширение Вселенной будет продолжаться вечно и «Большой Взрыв» не сменится в конце времен «Большим схлопыванием». Эта теоретическая идея была подтверждена в 1998 году, когда ученые обнаружили, что скорость расширения Вселенной возрастает со временем. За это открытие в 2011 году Сол Перлмуттер, Брайан Шмидт и Адам Рис были удостоены Нобелевской премии, а восемь лет спустя высокая награда нашла и автора концепции — Джеймса Пиблза.

Множественность миров

Трудно поверить, но еще 40 лет назад существовала гипотеза, что планетная система вокруг нашего Солнца — уникальное для космоса явление, и вокруг других звезд никаких планет быть не может. Из этого следовала бы и уникальность жизни на Земле, и исключительное положение человеческой цивилизации во Вселенной (вопрос об инопланетянах был бы закрыт навсегда).

В конце 1980-х начали появляться первые данные о том, что у других звезд все же могут быть планеты. В 1988-м канадские астрономы получили данные о существовании планеты возле оранжевого гиганта в созвездии Цефея, а в 1991 году польский астроном Александр Вольшчан обнаружил планету у нейтронной звезды в созвездии Девы. Однако только в 1995 году двое швейцарских астрономов — Дидье Кело и Мишель Майор — доложили на конференции о своем открытии планеты возле звезды солнечного типа.

С помощью спектрометра, то есть по сдвигам в частоте света, астрономы обнаружили небольшие колебания звезды 51 в созвездии Пегаса, находящейся в 50 световых годах от Солнца. Колебания были вызваны гравитационным взаимодействием с обращающейся вокруг звезды планетой размером примерно с Юпитер, раскаленной примерно до 1000℃. Несмотря на то, что сама планета совершенно не похожа на нашу, это открытие было окончательным подтверждением, что Солнечная система не уникальна и вокруг подобных Солнцу звезд где-то в космосе обращаются планеты.

Как правило, экзопланеты не имеют собственных имен, однако для планеты 51 Пегаса b, ввиду важности ее в истории астрономии, было сделано исключение: на следующий год после открытия астроном Джеффри Марси предложил назвать ее Беллерофон в честь греческого героя, укротившего Пегаса. В 2015 году Международный астрономический союз официально присвоил планете другое имя — Димидий.

К настоящему времени открыты сотни экзопланет. В 2011 году телескоп «Кеплер» обнаружил у звезды Кеплер-20 две планеты, близкие по размерам к Земле. В 2017 году возле звезды TRAPPIST-1 обнаружено целых семь землеподобных планет.

Открытию новых экзопланет посвящено несколько масштабных проектов. В ходе работы космического телескопа Kepler открыто 132 экзопланеты и более 2000 потенциальных кандидатов. Затраты на проект составили более $0,5 млрд. В 2013 году запущена на орбиту космическая обсерватория Gaia, которая может открыть, согласно некоторым оценкам, до 10 000 экзопланет. Стоимость проекта составляет около €577 млн. В 2018 году запущен космический телескоп TESS, предназначенный для открытия экзопланет транзитным методом. На этот проект NASA выделено около $200 млн.

Источник

Нобелевку по физике дали за раскрытие «самых темных секретов Вселенной»

Нобелевскую премию по физике за 2020 год присудили троим ученым — Роджеру Пенроузу (Великобритания), Райнхарду Генцелю и Андреа Гез (оба США). Британец получит половину премии за открытие, что «образование черных дыр служит надежным подтверждением общей теории относительности», а Генцель и Гез — за «открытие супермассивного компактного объекта в центре галактики». Говоря о важности работ ученых, представитель Шведской академии заявил, что премия присуждается за «раскрытие самых темных секретов Вселенной».

В сообщении Нобелевского комитета говорится о «самом темном секрете Млечного Пути», в центре которого, как доказали две группы астрономов во главе с Генцелем и Гез, находится невидимый и чрезвычайно тяжелый объект, управляющий орбитами звезд в центре нашей галактики. Единственным возможным объяснением природы этого объекта считается то, что речь идет о черной дыре массой несколько миллионов солнц.

Еще в 1965 году Пенроуз рассчитал, что черные дыры действительно могут образовываться в процессе гравитационного коллапса больших звезд. Эта работа до сих пор считается самым важным вкладом в общую теорию относительности со времен Альберта Эйнштейна.

Размер Нобелевской премии в 2020 году увеличен на 1 млн шведских крон, до 10 млн ($1,12 млн).

В прошлом году лауреатами премии Нобеля по физике стали швейцарцы Мишель Майор и Дидье Кело, поделившие половину награды «за открытие экзопланеты на орбите солнцеподобной звезды», а также американец Джим Пиблс, получивший вторую половину Нобелевки «за теоретические исследования в физической космологии».

Нобелевскую премию по физике вручают с 1901-го ежегодно, за исключением 1916, 1931, 1934 и 1940–1942 годов. За это время ее лауреатами стали более 210 человек (число ученых, которые получают награду, зачастую больше одного). Лишь трижды премию получали женщины: Мария Кюри в 1903 году (совместно с мужем Пьером Кюри и коллегой Анри Беккерелем), Мария Гепперт-Майер в 1963-м (совместно с немцем Хансом Йенсеном и американцем Юджином Вигнером) и Донна Стрикленд в 2018 году. Больше всего лауреатов среди ученых из США (94 человека). Российские и советские деятели науки становились лауреатами премии 13 раз.

Нобелевская неделя началась вчера, 5 октября, когда были объявлены лауреаты премии по медицине. Ими стали американские ученые Чарльз Райс и Харви Олтер, а также британец Майкл Хоутон, получившие награду за открытие вируса гепатита C. Это помогло создать способы лечения болезни и предотвратить ее распространение при переливании крови.

В среду, 7 октября, Нобелевский комитет объявит лауреата премии по химии, 8 октября — по литературе. 9 октября станет известен лауреат Нобелевской премии мира. Наконец, 12 октября Банк Швеции назовет лауреата премии в области экономических наук памяти Альфреда Нобеля (неофициально она называется Нобелевской премией по экономике, хотя была учреждена не самим Нобелем, а Банком Швеции в 1969 году).

Источник