Fyzici z Goethe University Frankfurt a Vienna University of Technology popsali matematickým řešením zvláštní stav časoprostoru, který připomíná krystal. Jeho geometrická struktura se opakuje v prostoru i čase. Podle výpočtů může tento takzvaný prostorčasový krystal po malé změně energie buď zaniknout, nebo se zhroutit do mikroskopické černé díry.
Výsledky vycházejí ze studie Christiana Eckera, Floriana Eckera a Daniela Grumillera zveřejněné v časopise Physical Review Letters pod názvem Analytic Discrete Self-Similar Solutions of Einstein-Klein-Gordon at Large D. Jde o teoretickou práci: autoři nepozorovali vznik černé díry v experimentu ani nepředložili důkaz, že takové objekty ve vesmíru skutečně existují.
Matematická hranice mezi dvěma možnostmi
Prostorčasový krystal v tomto modelu nepředstavuje látku složenou z částic, jako je běžný krystal. Jde o pravidelně se opakující uspořádání samotného časoprostoru a pole, které ho ovlivňuje. Obecná relativita popisuje časoprostor jako dynamickou strukturu: hmota a energie ji zakřivují a toto zakřivení zpětně určuje pohyb částic.
Studovaný stav odpovídá takzvanému kritickému kolapsu. To je situace na rozhraní mezi dvěma odlišnými vývoji systému. Pokud se krystalická struktura rozptýlí, zůstane po ní běžný časoprostor s volně se pohybujícími částicemi. Při nepatrném přídavku energie však může následovat gravitační kolaps a vznik černé díry. Autoři podle dostupného popisu zjistili, že výsledná černá díra je v rámci klasické teorie stabilní.
Podobný scénář naznačovaly už počítačové simulace z roku 1993, přesný analytický popis ale dlouho chyběl. Výzkumníci proto využili výpočetní postup založený na limitě s nekonečně mnoha prostorovými rozměry. Náš vesmír má tři prostorové rozměry a jeden časový, v obecnějších rovnicích však lze pracovat i s vyšším počtem rozměrů. V limitě velmi vysokého, případně nekonečného počtu rozměrů se některé složité rovnice zjednoduší a řešení lze následně použít jako aproximaci pro nižší počet rozměrů.
Význam práce spočívá především v novém matematickém nástroji pro studium kritického kolapsu a vzniku černých děr. Teoreticky by podobné procesy mohly souviset s takzvanými prvotními černými dírami, které se podle některých hypotéz mohly vytvořit krátce po velkém třesku z hustotních nerovnoměrností v raném vesmíru. Nový výpočet však jejich existenci nepotvrzuje. Dalším krokem má být ověření, do jaké míry lze řešení získané v limitě nekonečně mnoha rozměrů převést do realistického čtyřrozměrného časoprostoru.
Zdroj: ScienceDaily
Tento článek byl vytvořen s pomocí umělé inteligence a redakčně zkontrolován.