Загадкові «кристали простору-часу» можуть породжувати крихітні чорні діри

Вчені з Університету імені Гете у Франкфурті та Віденського технічного університету (TU Wien) заявили, що крихітні чорні діри можуть утворюватися, коли тканина простору й часу, об’єднана у чотиривимірну сутність, яку називають «простором-часом», зазнає критичного колапсу і організовується у правильну кристалоподібну структуру. Цю ідею не можна назвати новою, але у своєму дослідженні вчені вперше математично описали цей процес, повідомляє Space.com.

Чорні діри з'являються в результаті катастрофічних подій, наприклад, вибухів наднових із колапсом ядра або злиття вже існуючих чорних дір. Такі події змушують простір-час «дзвеніти» гравітаційними хвилями, які можна «почути» на відстані мільйонів і навіть мільярдів світлових років. Дослідники вважають, що для запуску цих процесів достатньо крихітного поштовху.

ВАС ЗАЦІКАВИТЬ

Всесвіт може померти набагато швидше, ніж вважалося

«Іноді крихітної, здавалося б, незначної причини достатньо, щоб викликати величезні й драматичні зміни. Ці мікроскопічні чорні діри утворюються, якщо у вас є кристал простору-часу, і ви вводите в нього скільки завгодно малу кількість енергії — приблизно так само, як це відбувається, коли ви струшуєте переохолоджену воду, щоб вона кристалізувалася», — заявив Даніель Грюміллер із Віденського технічного університету.

Він також пояснив, що коли рідка вода перебуває в точці замерзання, для того, щоб молекули води спонтанно вишикувалися в правильному порядку й утворили кристал льоду, потрібна лише невелика зміна. Навіть найменша зміна в структурі простору-часу може призвести до формування повторюваного візерунка, в результаті чого утворюється кристал простору-часу, припускають дослідники. Це може запустити процес критичного колапсу.

У своїй загальній теорії відносності Ейнштейн припустив, що частинки маси викликають викривлення самої тканини простору-часу. Це означає, що коли частинки рухаються в просторі-часі, вони впливають на саму тканину простору-часу.

«Ми говоримо, що простір-час викривляється під дією маси. Великі об'єкти, такі як зірки, сильно викривляють простір-час, наприклад, ми можемо спостерігати це, коли промені світла відхиляються масивними зірками. Але менші маси також викликають викривлення простору-часу, просто в меншій мірі», — заявив Крістіан Еккер з Інституту теоретичної фізики Франкфуртського університету імені Гете.

Однак, оскільки крихітні чорні діри гарячіші за свої астрофізичні аналоги, вони швидко «просочуються» тепловим випромінюванням, яке називається «випромінюванням Гокінга», у холодний космос; ці кристали простору-часу у вигляді чорних дір швидко випаровуються.

«Цей кристал простору-часу — дуже своєрідний і захоплюючий об’єкт. Це свого роду проміжний стан, нестабільна точка, яка може розвиватися у двох різних напрямках. Через деякий час почнеться нестабільність, і або кристали простору-часу розсіються у випромінювання, або колапсують у невелику чорну діру. У разі колапсу кристала в чорну діру він буде класично стабільним», — зазначив Грюміллер.

Він також додав, що одним із несподіваних результатів цього дослідження стало те, наскільки простими виявилися математичні описи цього процесу при одночасному представленні рішень рівнянь загальної теорії відносності.

«Ми вперше представили рішення для просторово-часових кристалів, виконані в письмовій формі. До нашої роботи існували лише чисельні моделі, але не точні рішення рівнянь Ейнштейна. Ми були вражені тим, наскільки простими виявилися рішення, що вміщаються в кілька рядків і включають лише елементарні функції — це було абсолютно несподівано, з огляду на складність відповідних чисельних моделей, які вимагають тисяч годин обчислювальної обробки», — пояснив вчений.

Раніше дослідники з Університету Цінхуа в Пекіні заявили, що змогли відтворити ключовий механізм так званого «розпаду помилкового вакууму» — одного з найтривожніших сценаріїв у сучасній теоретичній фізиці. Йдеться про гіпотетичний процес, який у теорії може призвести до руйнування Всесвіту.