Физики вывели формулу черных дыр из кристалла пространства-времени

Известно, что при нулевой температуре вода проходит фазовый переход: хаотичное движение молекул сменяется упорядоченной кристаллической структурой льда. Однако физики предполагают, что похожий процесс может происходить и с пространством-временем. В таком случае формируется не лед, а черная дыра.

К такому выводу пришли ученые из Венский технический университет и Франкфуртский университет имени Гёте. Результаты их работы опубликованы в журнале Physical Review Letters. Исследователи впервые получили точную математическую формулу для теоретического объекта, известного как кристалл пространства-времени.

Обычно черные дыры связывают с гибелью массивных звезд. После исчерпания топлива ядро звезды коллапсирует под действием гравитации, формируя сверхплотный объект, из которого не может выйти даже свет. Однако теория относительности Эйнштейна допускает существование микроскопических черных дыр, возникающих иначе.

Речь идет о критическом состоянии, при котором пространство-время образует повторяющуюся структуру. Малейшее добавление энергии приводит к коллапсу и рождению черной дыры. Если энергия не поступает, структура распадается обратно в обычное пространство-время.

Авторы сравнивают это состояние с водой при температуре ровно ноль градусов — на границе между жидкостью и льдом. Незначительное изменение условий определяет дальнейший результат. Такой процесс получил название критического коллапса и считается одним из наиболее сложных явлений теоретической физики.

Флориан Экер из Венского технического университета отметил, что предложенная методика оказалась неожиданно устойчивой и открыла новый способ исследования процессов, связанных с черными дырами, которые ранее не удавалось описать аналитически.

Еще в 1993 году компьютерное моделирование указывало на возможность существования подобных структур, однако точную формулу получить не удавалось из-за сложности уравнений.

Команда ученых применила необычный подход: вместо стандартных четырех измерений задачу решали в бесконечном числе измерений. По словам исследователей, это позволило избавиться от математических трудностей, мешавших расчетам. После получения решения его перенесли обратно к условиям привычной четырехмерной Вселенной.

Читайте также: