Кристали на пространството и времето: Структурен феномен, който може да колапсира в малки черни дупки

Ваня Милева Последна промяна на 22 May 2026 в 12:19 1781 0

Ляво: визуализация на пространствено-времеви кристал. Дясно: кубична кристална структура

Кредит Vienna University of Technology
Ляво: визуализация на пространствено-времеви кристал. Дясно: кубична кристална структура.

Учени са открили формула, описваща странно явление: пространството и времето могат да образуват вид "кристал", който може да се превърне в черна дупка.

Резултатите са описани в Physical Review Letters.

Наред с известните гигантски черни дупки, физиката допуска и микроскопични версии. Те възникват от така наречените критични състояния, когато пространство-времето се организира в правилна, кристалоподобна структура по време на процес, наречен критичен колапс. Екип от университета "Гьоте" във Франкфурт и ТУ Виена успява за първи път да опише това явление с точна математическа формула, използвайки необичаен математически трик.

Черните дупки обикновено се образуват при екстремни събития, като например смъртта на масивна звезда. Но на теория са възможни и произволно малки черни дупки: мънички микроскопични обекти, които могат да се появят от специални критични състояния след най-малкото добавяне на енергия. Такива състояния може да са съществували малко след Големия взрив, когато Вселената все още е била хаотична смес от частици, потенциално давайки началото на така наречените първични черни дупки.

Теоретичната възможност за такива критични структури вече е демонстрирана в компютърни симулации. Сега изследователи от университета "Гьоте" във Франкфурт и ТУ Виена успявват да потвърдят тези резултати с математическа формула – използвайки само хартия и молив.

Критичен колапс

"Понякога една малка, на пръв поглед незначителна причина е достатъчна, за да предизвика огромна и драматична промяна", отбелязва проф. Даниел Грумилер (Daniel Grumiller) от ТУ Виена. "Вземете например течната вода при нула градуса по Целзий. Много малка промяна е достатъчна, за да замръзне водата. След това водните молекули спонтанно се подреждат в правилна структура и образуват леден кристал."

Според теорията на относителността на Алберт Айнщайн, нещо много подобно може да се случи в пространството и времето.

Всеки път, когато частиците се движат от едно място на друго, те влияят на самото пространство-време.

"Казваме, че пространство-времето е изкривено от масата", обяснява Кристиан Екер (Christian Ecker) от Института за теоретична физика към Университета "Гьоте" във Франкфурт. "Големите обекти като звездите силно изкривяват пространство-времето – например, можем да наблюдаваме това, когато светлинните лъчи се отклоняват от масивни звезди. Но по-малките маси също произвеждат изкривяване на пространство-времето, само че в по-малка степен."

Точно както физиката позволява на водните молекули да образуват правилен кристал от неподредена течна вода, относителността позволява кривината на пространство-времето да се организира в правилна структура – ​​повтарящ се модел в пространството и времето. Появява се един вид "пространствено-времеви кристал". Физиците наричат ​​процеса, водещ до това състояние, критичен колапс.

"Този ​​пространствено-времеви кристал е много особен и завладяващ обект", обяснява Грумилер. "Той е един вид междинно състояние, нестабилна точка, която може да еволюира в две различни посоки. Може просто да се разтвори отново, оставяйки след себе си обикновено пространствено-време, изпълнено със свободно движещи се частици. Но ако се добави малко количество енергия, еволюцията поема по съвсем различен път: незабележимият пространствено-времеви кристал се превръща в черна дупка."

Потвърждаване на стара хипотеза

Компютърни симулации още през 1993 г. предполагат, че черните дупки могат да се образуват спонтанно по този начин. Оттогава изследователите се опитват да опишат процеса математически и да изведат правилните формули, но това се оказва изключително трудно. Екипът от Виена и Франкфурт сега решава тази задача, използвайки забележителен трик.

"Нашата вселена има четири измерения – три измерения на пространството и едно измерение на времето", обяснява Кристиан Екер. "Но по принцип нищо не ни пречи да запишем физически уравнения за по-голям брой измерения – пет измерения, четиридесет и две измерения или дори безкрайно много."

Човек би очаквал теорията да стане значително по-сложна по този начин, но това не е непременно така. Екипът доказва, че в границата на безкрайно много измерения някои изключително сложни въпроси стават изненадващо прости. Следващата стъпка е да се провери дали решението може да бъде преведено обратно към по-малък брой измерения. По този начин изследователите успяват да получат представа за нашата четириизмерна вселена след обиколка през хипотетична вселена с безкрайно много измерения.

"Нашата техника се оказва забележително стабилна. В зависимост от желаната прецизност, можем систематично да подобрим формулите си, използвайки допълнителни методи за апроксимация", обяснява Флориан Екер от ТУ Виена. "Това ни дава нов метод за изучаване на явления, свързани с черни дупки, които преди това не можеха да бъдат анализирани аналитично."

Справка: Christian Ecker et al, Analytic Discrete Self-Similar Solutions of Einstein-Klein-Gordon at Large D, Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/qgl5-5l3t

Източник: Crystals of space and time: A structural phenomenon that may collapse into tiny black holes , Vienna University of Technology

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Физика

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !