Физики из Венского технического университета и Франкфуртского университета имени Гёте впервые вывели точную математическую формулу для описания так называемого «кристалла пространства-времени» — объекта, который способен схлопываться в микроскопическую чёрную дыру при малейшем добавлении энергии.
По аналогии с тем, как молекулы воды при 0°C упорядочиваются и превращаются в кристалл льда, кривизна пространства-времени может самоорганизовываться в повторяющуюся структуру. Этот процесс физики называют критическим коллапсом. «Кристалл пространства-времени — это крайне своеобразный объект, неустойчивая точка, которая может развиваться двумя путями, — объясняет профессор Даниэль Грумиллер из TU Wien. — Он может просто раствориться вновь, а может превратиться в чёрную дыру».
Гипотеза о возможности такого механизма зарождения чёрных дыр была выдвинута ещё в 1993 году на основе компьютерных симуляций. Однако на протяжении более 30 лет физикам не удавалось описать этот процесс аналитически из-за чрезвычайной сложности уравнений общей теории относительности вблизи порога коллапса.
Ключом к разгадке стало неожиданное решение: учёные описали поведение не в привычных четырёх измерениях пространства-времени, а в бесконечномерном пространстве. В этом пределе математические сложности исчезают, позволяя получить точные формулы, которые затем можно адаптировать обратно к нашей Вселенной.
Открытие ставит под сомнение традиционные представления о происхождении чёрных дыр, которые обычно связывают с катастрофической гибелью массивных звёзд. Теория Эйнштейна допускает существование микроскопических чёрных дыр, которые могли возникать вскоре после Большого взрыва — так называемые первичные чёрные дыры, потенциальные кандидаты в тёмную материю.