Загадочные «кристаллы пространства-времени» могут порождать крошечные черные дыры

Ученые из Университета имени Гете во Франкфурте и Венского технического университета (TU Wien) заявили о том, что крошечные черные дыры могут формироваться, когда ткань пространства и времени, объединенная в четырехмерную сущность, называемую «пространством-временем», претерпевает критический коллапс и организуется в правильную кристаллоподобную структуру. Эту  идею нельзя назвать новой, но в своем исследовании ученые впервые математически описали этот процесс, сообщает Space.com.

Черные дыры появляются в результате катастрофических событий, например, взрывов сверхновых с коллапсом ядра или слияния уже существующих черных дыр. Такие события заставляют пространство-время «звенеть» гравитационными волнами, которые можно «услышать» на расстоянии миллионов и даже миллиардов световых лет. Исследователи считают, что для запуска этих процессов достаточно крошечного толчка.

ВАС ЗАИНТЕРЕСУЕТ

Вселенная может умереть гораздо быстрее, чем считалось

«Иногда крошечной, казалось бы, незначительной причины достаточно, чтобы вызвать огромные и драматические изменения. Эти микроскопические черные дыры образуются, если у вас есть кристалл пространства-времени, и вы вводите в него сколь угодно малое количество энергии — примерно так же, как это происходит, когда вы встряхиваете переохлажденную воду, чтобы она кристаллизовалась», - заявил Даниэль Грюмиллер из Венского технического университета.

Он также объяснил, что когда жидкая вода находится в точке замерзания, для того, чтобы молекулы воды спонтанно выстроились в правильный порядок и образовали кристалл льда, требуется лишь небольшое изменение. Даже малейшее изменение в структуре пространства-времени может привести к формированию повторяющегося узора, в результате чего образуется кристалл пространства-времени, предполагают исследователи. Это может запустить процесс критического коллапса.

В своей общей теории относительности Эйнштейн предположил, что частицы массы вызывают искривление самой ткани пространства-времени. Это означает, что когда частицы движутся в пространстве-времени, они влияют на саму ткань пространства-времени.

«Мы говорим, что пространство-время искривляется под действием массы. Крупные объекты, такие как звезды, сильно искривляют пространство-время — например, мы можем наблюдать это, когда лучи света отклоняются массивными звездами. Но меньшие массы также вызывают искривление пространства-времени, просто в меньшей степени», - заявил Кристиан Эккер из Института теоретической физики Франкфуртского университета имени Гете.

Однако, поскольку крошечные черные дыры горячее своих астрофизических аналогов, они быстро «просачиваются» тепловым излучением, называемым «излучением Хокинга», в холодный космос; эти кристаллы пространства-времени в виде черных дыр быстро испаряются.

«Этот кристалл пространства-времени — очень своеобразный и захватывающий объект. Это своего рода промежуточное состояние, нестабильная точка, которая может развиваться в двух разных направлениях. Через некоторое время начнется нестабильность, и либо кристаллы пространства-времени рассеются в излучение, либо коллапсируют в небольшую черную дыру. В случае коллапса кристалла в черную дыру он будет классически стабильным», - отметил Грюмиллер.

Он также добавил, что одним из неожиданных результатов этого исследования стало то, насколько простыми оказались математические описания этого процесса при одновременном представлении решений уравнений общей теории относительности.

«Мы впервые представили решения для пространственно-временных кристаллов, выполненные в письменной форме. До нашей работы существовали только численные модели, но не точные решения уравнений Эйнштейна. Мы были поражены тем, насколько простыми оказались решения, умещающиеся в несколько строк и включающие только элементарные функции — это было совершенно неожиданно, учитывая сложность соответствующих численных моделей, которые требуют тысяч часов вычислительной обработки», - объяснил ученый.

Ранее исследователи из Университета Цинхуа в Пекине заявили, что смогли воссоздать ключевой механизм так называемого "распада ложного вакуума" — одного из самых тревожных сценариев в современной теоретической физике. Речь идет о гипотетическом процессе, который в теории может привести к разрушению Вселенной.