По уши в чёрной дыре

Как образуются чёрные дыры, он раскрыл нам ещё в 1965 году. Но Нобелевскую премию по физике за это получил только сейчас – чтобы проверить расчёты сэра Роджера Пенроуза, чёрные дыры сначала нужно было найти.

Сегодня завершилась 119-я Нобелевская неделя. В большинстве номинаций выбранные Нобелевским комитетом научные достижения были вполне предсказуемы. Но премия по физике всех удивила – второй год подряд ее решили присудить за исследования в области астрофизики: такие «повторы» в истории Нобелевки крайне редки.

Очень неожиданным оказалось и имя одного из лауреатов – им стал британский физик и математик сэр Роджер Пенроуз, считающийся «неформатным» ученым, чьи идеи и теории лежат вне научного мейнстрима. Например, одним из самых «громких» его изобретений стала мозаика – она так и называется, мозаика Пенроуза, и позволяет с помощью всего лишь двух плиток весьма простой формы замостить непериодическим узором бесконечную плоскость. Пенроуз изобрел ее в 1974 году, а в 1984 году подобные структуры нашли, рассмотрев на уровне атомов устройство квазикристаллов.

Нобелевская премия по физике также нашла Пенроуза за научную работу, которую он опубликовал в 1965 году. Вообще-то, ученый известен тем, что любит искать в науке противоречия – и методично их опровергать. Но в далеких 60-х он, наоборот, максимально четко расписал, почему стоит доверять общей теории относительности Эйнштейна, предсказывающей образование черных дыр. Как только черные дыры нашли, а произошло это недавно, Пенроуза нашла и Нобелевская премия по физике. Хотя стоит сказать, что и до этого ученого награждали десятки раз – и премией Вольфа вместе со Стивеном Хокингом, и престижнейшей в Великобритании медалью Копли, и много чем еще. А один раз – в 1994 году – даже произвели в рыцари, в связи с чем к нему и обращаются теперь не иначе как «сэр».

Роджер Пенроуз родился в 1931 году в Лондоне. Отец Лайонел Шарплз Пенроуз был психиатром и медицинским генетиком, членом Королевского общества. Мать Маргарет Лидз тоже была врачом, причем родилась она в семье эмигрантки из России – Сары Натансон. Бабушка Роджера происходила из зажиточной еврейской семьи и жила в Санкт-Петербурге до 1896 года. Потом она влюбилась в профессора физиологии из Великобритании, читавшего лекцию в университете, и уехала вместе с ним в Лондон.

В 1939 году семья Пенроуз сменила британский Лондон на канадский – одноименный город есть в провинции Онтарио. Там отец возглавил кафедру психиатрических исследований на базе местного госпиталя. Роджер же пошел в школу, в которой быстро стал лучшим по математике. Немалую роль в этом сыграл его отец. «Мой отец имел отношение к науке, он был профессором, занимался генетикой, ее медицинским аспектом, – рассказывал Роджер Пенроуз. – Но кроме этого, отец обожал математику, особенно всякие загадки и игры. Думаю, интерес к науке у меня именно от него. Однажды я пришел домой из школы и сказал, что на следующем уроке учительница обещала научить нас считать. Отец, услышав это, изменился в лице, ужасно разволновался, потащил меня в угол и немедленно начал учить считать. Он был уверен, что именно он должен обучить меня математике и показать красоту этой науки».

Тут стоит сказать, что огромных успехов – каждый на своем поприще – достигли все дети четы Пенроуз. Сестра Роджера – известный социальный генетик, старший брат – талантливый математик, а младший – десятикратный чемпион Британии по шахматам. Сам же Роджер поначалу хотел стать врачом. «Я грезил нейрохирургией, мечтал увидеть, как работает мозг, – рассказывал однажды нобелевский лауреат. – Но когда пришло время принимать решение, я понял, что закапывать математические способности, которые у меня проявились, нельзя».

Впрочем, детскую мечту – понять, как работает мозг – Пенроуз так и не оставил: за годы своей научной деятельности он опубликовал множество исследований на тему квантового сознания и сильного искусственного интеллекта – того, что сможет осмыслить себя как отдельную личность. Кстати, Пенроуз в это не верит – точнее, он привел множество обоснований, почему мозг и разум человека не может быть заменен ни одной машиной.

В 1945 году, по окончании Второй мировой войны, семья вернулась в Великобританию, где Пенроуз закончил школу и поступил в Колледж Сент-Джон, чтобы изучать алгебраическую геометрию. Именно здесь в 1957 году он получил степень доктора. В 1964 году Роджер стал профессором прикладной математики в Биркбек-колледже при Лондонском университете, а в 1973 году – ведущим профессором математики в Оксфордском университете. Здесь же в 1998 году его удостоили звания заслуженного ведущего профессора математики и геометрии.

Почти полвека Пенроуз посвящал свои исследования теории непериодических мозаик, квантовой теории и общей теории относительности. С последней и связано получение Нобелевской премии. В середине 60-х он математически доказал, что общая теория относительности предполагает формирование черных дыр – сверхмассивных компактных космических объектов, силу притяжения которых не способен преодолеть даже свет. Несмотря на то, что идея существования черных дыр была высказана еще в XVIII веке, вплоть до фундаментального труда Пенроуза ученые сомневались в возможности формирования подобных объектов в рамках известных физических законов. Но обнаруженные в конце 50-х квазары – яркие ядра галактик на начальном этапе развития, в которых, как предполагалось, и находятся черные дыры – вместе с математическими расчетами Пенроуза позволили рассуждать о черной дыре не как о гипотезе, а как о реально существующем космическом объекте.

При этом впервые получить изображение черной дыры в центре галактики Дева А ученым удалось лишь в 2019 году. Тогда же наблюдали они и за черной дырой, находящейся в центре Млечного Пути. То, что в центре Млечного Пути находится черная дыра, гораздо раньше доказали Райнхард Генцель и Андре Гез. Они-то и разделили Нобелевскую премию по физике с Пенроузом. Гез и Генцель получили ее «за открытие сверхмассивного компактного объекта в центре нашей галактики», а Пенроуз – «за открытие того, что образование черной дыры является надежным предсказанием общей теории относительности».

Помимо многочисленных научных работ в области математики и физики, связанных с квантовым сознанием, квантовым скачком, квантовой биологией, Пенроуз – разработчик теории твисторов и спиновых сетей. Он и автор целого ряда книг, где в доступной форме объясняет читателю эти науки: «Новый ум короля», «Тени разума», «Путь к реальности» и другие. Когда-то на вопрос, как он относится к тому, что ряд его идей считаются безумными в ученой среде, Пенроуз ответил: «Безусловно, это заставляет обращать на себя внимание. Но это философский вопрос. Гораздо важнее научные вопросы. То, что люди не замечают противоречия в квантовой механике, это меня действительно волнует. К тому же все, что происходит в мире, – настоящее безумие. Я вас уверяю, Вселенная не в своем уме, и нормальный человек ее понять не способен».