Умирающая звезда роняет «кристаллы времени»: физики в шаге от разгадки рождения крошечных чёрных дыр

Коллектив физиков-теоретиков из Венского технического университета и Франкфуртского университета имени Гёте предложил свежие математические решения уравнений Эйнштейна, описывающие чрезвычайно необычные конфигурации пространства-времени. Речь идет о гипотетических «кристаллах пространства-времени» — таких структурах, где сама материя Вселенной может существовать не как непрерывная среда, а в виде упорядоченной решетки.

Статья, опубликованная в журнале Physical Review Letters, демонстрирует: подобные состояния при малейшем внешнем воздействии либо разрушаются, либо сжимаются в крошечные черные дыры.

Пространство-время в роли кристалла

В рамках общей теории относительности пространство-время традиционно представляется как гладкая и непрерывная структура, которая искривляется под влиянием массы и энергии. Однако некоторые теоретические модели квантовой гравитации допускают, что на предельно малых масштабах эта «гладкость» может исчезать, уступая место дискретным или упорядоченным формам.

Для наглядности учёные прибегают к сравнению с переохлаждённой жидкостью: вода остаётся в нестабильном состоянии при минусовой температуре и мгновенно превращается в лёд от малейшего толчка. Подобным образом пространственно-временной континуум в данной модели способен «обрушиться» при минимальном энергетическом импульсе.

Два варианта развития событий

Ключевой итог вычислений оказался неожиданно лаконичным. При внесении даже незначительной энергии система способна эволюционировать по одному из двух направлений.

Первый вариант — разрушение структуры. В данной ситуации «кристалл» теряет стабильность и трансформируется в поток излучения, по сути, рассеиваясь.

Второй вариант — гравитационное сжатие. В этом случае система сжимается до чрезвычайно малых габаритов, формируя крошечную чёрную дыру.

Микроскопические чёрные дыры и излучение Хокинга

Если такие объекты действительно способны формироваться, они будут чрезвычайно малы и недолговечны. Их масса и габариты настолько ничтожны, что, в соответствии с теорией Стивена Хокинга, подобные черные дыры обязаны стремительно испаряться через излучение, теряя энергию и исчезая почти мгновенно по космическим меркам.

Однако с позиций классической физики они остаются полноценными черными дырами — с горизонтом событий и присущими характеристиками гравитационного коллапса.

Отголоски ранней Вселенной

Одно из самых захватывающих следствий этой модели связано с космологией. Исследователи предполагают, что подобные состояния могли существовать в первые мгновения после Большого взрыва, когда энергия и плотность во Вселенной достигали экстремальных значений.

В данном контексте «кристаллы пространства-времени» могли выступать в роли промежуточных структур, из которых образовывались так называемые первичные черные дыры — гипотетические объекты, до сих пор рассматриваемые как возможная составляющая темной материи.

Особый интерес вызвал тот факт, что полученные результаты оказались удивительно лаконичными. Один из соавторов исследования отметил, что они умещаются в несколько строк математических выражений и опираются лишь на базовые функции. Это разительно отличается от прежних методик, в рамках которых такие процессы моделировались исключительно с помощью продолжительных компьютерных расчетов.

Какое значение это имеет для физики

Несмотря на впечатляющие формулировки, стоит подчеркнуть: речь идет о теоретической концепции. Экспериментальные данные, подтверждающие наличие «кристаллов пространства-времени», на данный момент отсутствуют.

Тем не менее, подобные изыскания ценны по иной причине. Они дают возможность:

• испытывать на прочность общую теорию относительности;
• отыскивать связующее звено между гравитацией и квантовой механикой;
• уточнять модели эволюции Вселенной в предельных состояниях.
• Грань между теорией и практикой

На сегодняшний день гипотеза о «кристаллической» структуре пространства-времени находится на стыке математики и фундаментальной физики. Она не доказывает существования иных вселенных внутри черных дыр, как это порой трактуется в научно-популярных статьях, однако расширяет наши представления о том, насколько нестандартными могут быть решения уравнений Эйнштейна.

Именно подобные исследования шаг за шагом создают тот понятийный аппарат, с помощью которого физика завтрашнего дня, вероятно, сумеет объяснить квантовую сущность гравитации и структуру молодой Вселенной.