Тайна черных дыр: физики впервые зафиксировали аномалию пространства‑времени

Впервые физики математически описали необычное состояние пространства-времени, которое возникает на пороге формирования черной дыры. Оказалось, что искривление пространства-времени в этот момент может выстраиваться в повторяющиеся структуры, которые напоминают так называемые временные кристаллы. В журнале Physical Review Letters (PRL) опубликована работа ученых. 

Гравитация при образовании черной дыры становится настолько экстремальной, что практически невозможно решить аналитически стандартные уравнения общей теории относительности Эйнштейна. Поэтому ученые десятилетиями изучали этот процесс в основном при помощи компьютерных симуляций.

Самой сложной считается область так называемого критического коллапса - состояния на самой границе между двумя исходами: вещество либо окончательно схлопывается в черную дыру, либо рассеивается обратно в пространство. 

Физик Мэттью Чоптуик еще в 1993 году обнаружил, что пространство-время на этом пороге начинает демонстрировать "дискретное самоподобие" - повторяющиеся структуры, возникающие на все меньших масштабах. Но никто до сих пор не мог описать этот эффект строгими математическими формулами. Теперь исследователи из Университета Гете во Франкфурте и Венского технического университета нашли способ это сделать.

Физик Даниэль Грумиллер заявил, что этот кристалл пространства-времени - крайне необычный и захватывающий объект. 

Такие структуры, по словам ученых,  ведут себя как нестабильное промежуточное состояние. Если добавить небольшое количество энергии, они могут перейти внезапно в состояние микроскопической черной дыры.

Необычная математическая идея стала ключом к решению- Вселенную ученые представили не четырехмерной, а многомерной - с десятками или даже сотнями пространственных измерений.

Физик Кристиан Эккер объяснил, что ничто не мешает записывать физические уравнения для пяти, сорока двух или даже бесконечного числа измерений. 

Как ни странно, уравнения Эйнштейна становятся проще в многомерной модели: гравитация не распределяется по всему пространству, а концентрируется локально около области коллапса. Исследователи, используя этот подход, смогли вывести аналитические формулы, которые описывают фрактальные повторяющиеся структуры искривления пространства-времени при образовании черных дыр.

При этом сохранялись аналогичные математические закономерности и при возвращении к меньшему числу измерений, что может свидетельствовать о фундаментальной природе этого явления.

Авторы считают, что новый метод позволит изучать процессы, связанные с черными дырами, которые можно было раньше исследовать лишь численно на суперкомпьютерах.

Фото ТЕЛЕПОРТ.РФ

Автор: Редакция ТЕЛЕПОРТ.РФ

При использовании материалов активная индексируемая гиперссылка на сайт ТЕЛЕПОРТ.РФ обязательна.