Roger Penrose får Nobelprisen i fysik for sin generelle forudsigelse af sorte huller

Illustration: Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

Roger Penrose (1931) har gennem mange år været en kæmpe inden for den matematiske fysik og er kendt for et utal af opdagelser indenfor flere forskellige discipliner.

Læs også: Redaktionens favoritter: Den svære matematiske kunst at lægge fliser

Er der nogen, der har fortjent en Nobelpris, er det ham.

Det er derfor fuldt berettiget, når han nu modtager halvdelen af dette års Nobelpris i fysik for sin opdagelse af, at sorte huller er en robust forudsigelse af den generelle relativitetsteori.

Den anden halvdel af prisen deles af tyskeren Reinhard Genzel (1952) og amerikaneren Andrea Ghez (1963) for deres opdagelse af det supertunge sorte hul i midten af Mælkevejen.

En uventet pris

Da sidste års Nobelpris gik til opdagelsen af de første exoplaneter og den generelle kosmologiske model bestående af koldt, mørkt stof og en kosmologisk konstant (mørk energi), var det noget uventet, at også dette års Nobelpris i fysik går til opdagelser omkring Universet.

Læs også: Nobelpris i fysik belønner indsigt om universets udvikling og vores egen plads i kosmos

Men der kan ikke sættes en finger på, at Roger Penrose får en Nobelpris i fysik. Mere berettiget havde måske været en lifetime awards for hans mange meget forskellige bidrag til den matematiske fysik. Men sådanne uddeles ikke.

Nu får han så en pris for sin teoretiske forudsigelse fra 1965 af, at sorte huller i praksis er en uundgåelig konsekvens af Einsteins generelle relativitetsteori.

At der kunne være steder i Universet, hvor rumtiden krummede så meget, at selv lys ikke kunne undslippe, blev opdaget af Karl Schwarzschild allerede i 1916, kort efter EInstein havde fuldendt sin generelle relativitetsteori i november 1915.

Læs også: Hip hip hurra: Den generelle relativitetsteori fylder 100 år

Den amerikanske fysiker Robert Oppenheimer beskrev i 1939 den fulde betydning af den begivenhedshorisont, som adskiller det indre af det sorte hul fra det ydre.

Sorte huller kan eksistere, men gør de det også i praksis?

Selv om det var erkendt, at sorte huller kunne være en konsekvens af EInsteins ligninger, var der dog en diskussion om, de nu også ville opstå i praksis under de betingelser, som findes i Universet.

Helt generelt er det jo ikke alt, der i princippet er muligt, som rent faktisk også eksisterer. Og Albert Einstein hørte selv til dem, der betvivlede eksistensen af sorte huller.

Det var det problem, som Roger Penrose tacklede og løste i 1965, som ifølge Nobelkomitten er det største bidrag til den generelle relativitetsteori siden Einstein.

Singularitet

Penrose viste, at var der først opstået en form lukket overflade (trapped surface) - også uden der var sfærisk symmetri, som var de tilfælde, Schwarzschild og Oppenheimer havde analyseret - ville dette uvilkårligt senere føre til dannelsen af et sort hul.

Han viste desuden, at der ville være en singularitet i midten af det sorte hul, hvor tiden så at sige slutter.

Stephen Hawking, der arbejdede tæt sammen med Roger Penrose i mange år, udvidede efterfølgende dette singularitetsteorem til hele Universet og den singularitet, som fandtes ved Big Bang.

Disse singulariteter er matematiske størrelser, men kan ikke være fysiske størrelser. De er den bedste begrundelse for at udvikle en teori for kvantegravitation, der kan forene kvantemekanikken og den generelle relativitetsteori.

Det er en opgave, som mange fysikere inkl. Roger Penrose beskæftiger sig med, men som de endnu ikke er kommet i mål med.

Læs også: Fysikforvirring om kvantemekanik, universets begyndelse og helt almindeligt vand

Læs også: Nyt eksperiment afviser teori for bølgefunktionens kollaps

Penrose har selv mange interessante og kontroversielle ideer til, hvordan man skal løse disse problemer, som bl.a. omfatter, hvordan Universer kommer og går, og de på matematisk vis sømløst overgår fra en slutning af et Univers til et Big Bang for et nyt Univers.

Læs også: Har Penrose fundet Hawkingstråling fra et tidligere univers?

Men det er kun meget få fysikere, der bakker fuldt op om disse teorier.

Opdagelsen af det supertunge sorte hul i Mælkevejen

På samme tid, som Penrose helt generelt fik styr på Einsteins feltligninger omkring sorte huller, begyndte astronomer at spekulere over om, der mon ikke fandtes supertunge sorte huller i midten af galakserne.

De fandt en intens radiokilde fra fra Mælkevejens midte, som fik navnet Sagittarius A*.

Det var dog først i 1990’erne, at astronomer med større teleskoper og bedre udstyr for alvor kunne begynde at studere denne stråling.

Reinhard Wenzel og Andrea Ghez stod i spidsen for hver deres team. Wenzel brugte bl.a. ESO’s teleskoper i Chile og Ghez de amerikanske observatorier på Mauna Kea, Hawaii.

De to gruppers samstemmende målinger førte i begyndelsen af dette århundrede til endelig vished for, at der findes et sort hul, der er ca. 4 mio. gange så tungt som Solen i midten af Mælkevejen.

I 2019 fik vi så det første billede af et sort hul - eller rettere begivenhedshorisonten uden om det sorte hul. Det var af det ca. 1000 gange større sorte hul i galaksen M87, der befinder sig 55 mio. lysår borte.

Vi venter stadig på billedet af Mælkevejens sorte hul - selv om mange data til at generere et sådant billede allerede er i hus.

Det sorte hul i M87. Illustration: Event Horizon Telescope
Emner : Fysik