Физики впервые получили математическое описание необычного состояния пространства-времени, возникающего на границе формирования черной дыры. В этой точке кривизна пространства-времени способна выстраиваться в повторяющиеся упорядоченные структуры, напоминающие кристаллы времени. Даже небольшое добавление энергии может привести к превращению такой структуры в микроскопическую черную дыру. Об этом сообщает портал Science XXI.
Обычно общая теория относительности с высокой точностью описывает действие гравитации, однако при критическом коллапсе ее уравнения крайне трудно решить аналитически. В этом режиме система находится между двумя вариантами развития: она либо рассеивается, либо полностью сжимается в черную дыру. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
В 1993 году физик Мэттью Чоптик с помощью компьютерного моделирования обнаружил на пороге образования черной дыры дискретное самоподобие. Это означает, что в пространстве-времени возникают повторяющиеся узоры, которые проявляются на все меньших масштабах. На протяжении последующих десятилетий подобные структуры удавалось изучать главным образом с использованием вычислений.
Группа ученых под руководством Даниэля Грумиллера решила рассмотреть уравнения общей теории относительности для пространства с большим числом измерений. В наблюдаемой Вселенной имеются 3 пространственных измерения и 1 временное, но математически такие уравнения можно записать и для большего их количества. Этот подход сделал гравитационные расчеты более доступными для аналитического решения.
Физики пытаются поймать стерильное нейтрино и сужают круг возможных поисков. Моделирование Вселенной с сотнями измерений позволило исследователям вывести формулы для повторяющихся структур кривизны пространства-времени, возникающих при коллапсе. Затем выяснилось, что найденные математические закономерности сохраняются и при существенно меньшем числе измерений. По мнению авторов работы, это может указывать на фундаментальные свойства гравитации.
Ученые отметили, что разработанный метод можно последовательно уточнять с помощью дополнительных приближений. Это открывает возможность аналитически исследовать связанные с черными дырами процессы, которые прежде были доступны только для компьютерных расчетов. Пространственно-временной «кристалл» при этом рассматривается как неустойчивое промежуточное состояние, способное исчезнуть или перейти к формированию черной дыры.