Физики из Университета Гёте во Франкфурте и Венского технического университета математически описали механизм, который позволяет микроскопическим черным дырам формироваться из «кристаллов» пространства-времени. Ученые вывели точную аналитическую формулу для этого процесса, известного как критический коллапс, чего не удавалось сделать с момента его теоретического предсказания в 1993 году.
В отличие от сверхмассивных черных дыр в центрах галактик или объектов, возникающих при коллапсе звезд, микроскопические черные дыры могут образовываться в особых критических условиях. Такие условия могли существовать в ранней Вселенной, когда малейшее добавление энергии могло определить, рассеется система или схлопнется. В таком пограничном состоянии пространство-время способно самоорганизоваться в повторяющуюся, кристаллоподобную структуру.
Этот «кристалл пространства-времени», как его называют исследователи, – крайне неустойчивая структура. Он может либо распасться, оставив после себя обычное пространство с частицами, либо при добавлении минимального количества энергии коллапсировать в черную дыру. Аналогичный процесс наблюдается с водой при нуле градусов, когда незначительное изменение приводит к ее кристаллизации в лед.
Возможность такого явления была впервые показана с помощью компьютерного моделирования еще в 1993 году, однако найти для него точное математическое описание не получалось десятилетиями. Проблема оказалась исключительно сложной для решения в рамках четырех измерений нашего мира – трех пространственных и одного временного.
Немецкие и австрийские физики применили нетрадиционный подход. Сначала они провели расчеты в гипотетической Вселенной с бесконечным числом измерений, где математические уравнения значительно упрощаются. Затем полученное решение удалось адаптировать обратно к четырехмерному пространству. Этот метод позволил получить точные формулы, которые можно проверить «на бумаге», и открыл новый способ аналитического изучения экстремальных явлений в космосе, не полагаясь исключительно на численное моделирование.
