Физики из Университета Гёте во Франкфурте и Венского технического университета получили точную математическую формулу, описывающую образование микроскопических чёрных дыр. Такие объекты теоретически могут возникать не только после гибели массивных звёзд, но и при особом критическом состоянии пространства-времени. В этом состоянии оно способно выстраиваться в повторяющуюся структуру, напоминающую кристалл.
Учёные пояснили, что при критическом коллапсе даже небольшое добавление энергии может определить дальнейшее развитие системы. Пространственно-временной «кристалл» может распасться, оставив обычное пространство с движущимися частицами, либо превратиться в чёрную дыру. Ранее возможность такого процесса показывали компьютерные модели, а теперь исследователям удалось описать его аналитически.
Подобные условия, по мнению авторов работы, могли существовать в ранней Вселенной вскоре после Большого взрыва. Тогда материя и энергия находились в крайне плотной и хаотичной среде, что могло способствовать появлению первичных чёрных дыр. Теория относительности Эйнштейна допускает изменение геометрии пространства-времени под воздействием материи и распределения частиц.
Для решения задачи специалисты использовали необычный математический подход, изменив число измерений в расчётах. Хотя наблюдаемая Вселенная имеет 4 измерения — 3 пространственных и 1 временное, уравнения можно рассматривать и для большего их количества. Выяснилось, что некоторые сложные вычисления упрощаются, когда число измерений стремится к бесконечности.
Сначала физики изучают модель в гипотетическом пространстве с бесконечным числом измерений, а затем переносят полученные результаты на случаи с меньшим числом измерений. Такой метод позволил получить сведения о критическом коллапсе, которые прежде было трудно вывести без компьютерного моделирования. Авторы считают, что новый подход поможет исследовать формирование чёрных дыр и другие экстремальные состояния пространства-времени.
