Физика давно рассматривает черные дыры как результат гибели массивных звезд. Однако новое исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, предлагает иной взгляд на их происхождение. Ученые из Венского технического университета и Франкфуртского университета имени Гёте вывели точную математическую формулу, описывающую процесс, при котором само пространство-время способно претерпевать фазовый переход, подобно замерзанию воды. В этом критическом состоянии материя пространства-времени организуется в упорядоченную, повторяющуюся структуру — так называемый «кристалл пространства-времени». При добавлении даже минимального количества энергии эта хрупкая структура коллапсирует, рождая микроскопическую черную дыру.
![]()
Фото из открытых источников / © GigaChat
В отличие от привычного сценария гравитационного коллапса, этот процесс носит название «критического коллапса». Он представляет собой состояние идеального баланса, когда малейшее внешнее воздействие определяет дальнейшую судьбу системы. Если оставить такой кристалл в покое, он растворится в обычном пространстве-времени. Но стоит добавить ничтожную порцию энергии, как вся структура схлопывается, формируя горизонт событий. Этот механизм предсказан уравнениями общей теории относительности Эйнштейна и ранее подтверждался лишь компьютерным моделированием, но не математикой.
«Наша техника оказалась на удивление стабильной. Это дает нам новый метод для изучения явлений, связанных с черными дырами, которые ранее не поддавались аналитическому анализу», — отмечает Флориан Эккер из Венского технического университета.
Долгое время ученые не могли составить точное уравнение для этого явления. Открытие произошло благодаря нестандартному подходу: вместо того чтобы решать задачу в привычных четырех измерениях (три пространственных и одно временное), исследователи перенесли расчеты в пространство с бесконечным числом измерений. В такой математической среде сложные зависимости упрощаются и становятся разрешимыми. Получив решение для бесконечномерного случая, ученые смогли адаптировать его к нашей четырехмерной реальности, впервые получив формулу для описания этого экзотического объекта.
Понятие фазового перехода является фундаментальным в физике конденсированного состояния. Классический пример — замерзание воды, когда хаотичное движение молекул сменяется кристаллической решеткой. В космологии аналогичные процессы могут происходить на уровне самого пространства-времени. Теория критического коллапса не только объясняет гипотетическое существование микроскопических черных дыр (возможно, возникших в ранней Вселенной), но и служит мощным инструментом для проверки границ применимости общей теории относительности и квантовой гравитации.
