درست در لبه تشکیل سیاهچاله، فضا-زمان میتواند بسیار عجیب شود. اکنون، فیزیکدانان برای اولین بار یک ویژگی عجیب از هندسه فضا-زمان را در آستانه تشکیل سیاهچاله به صورت ریاضی توصیف کردهاند. در این نقطه، انحنای خود فضا-زمان میتواند خود را به حالت تکراری و بسیار منظمی سازماندهی کند که یادآور «کریستالهای زمان» (time crystals) است. جالبتر اینکه با یک فشار انرژی بسیار کوچک، آن الگوهای کریستالمانند فضا-زمان میتوانند به سیاهچالههای میکروسکوپی (ریز) فرو بریزند.
کشف جدید
فیزیکدان دانیل گرومیلر از دانشگاه فنی وین اتریش گفت: «گاهی یک علت بسیار کوچک و به ظاهر ناچیز برای ایجاد یک تغییر بزرگ و چشمگیر کافی است. به عنوان مثال آب مایع در صفر درجه سانتیگراد را در نظر بگیرید. یک تغییر بسیار کوچک برای یخ زدن آب کافی است. سپس مولکولهای آب خود به خود در یک الگوی منظم مرتب میشوند و یک بلور یخ را تشکیل میدهند.»
در آستانه تشکیل سیاهچاله (که به «فروپاشی بحرانی» (critical collapse) معروف است)، گرانش آنقدر پیچیده میشود که حل معادلات اینشتین تقریباً غیرممکن میگردد. در سال ۱۹۹۳، فیزیکدان نظری «متیو چوپتویک» (Matthew Choptuik) کشف کرد که حالت بحرانی در آستانه تشکیل سیاهچاله چیزی به نام «خودهمانندی گسسته» (discrete self-similarity) را نشان میدهد. این پدیده شامل الگوهای تکراری است که در سراسر فضا-زمان در مقیاسهای کوچک و کوچکتر پژواک ایجاد میکنند.
روش جدید
از زمان کار پیشگامانه چوپتویک، فیزیکدانان فقط میتوانستند این «کریستالهای فضا-زمان» را با استفاده از شبیهسازیهای کامپیوتری مطالعه کنند. هیچ کس ریاضیات لازم برای توصیف آنها را توسعه نداده بود. ترفند این بود که خارج از چهار بعد نسبتاً استاندارد فضا-زمان معمولی فکر کنیم.
محققان با این طرز فکر به مشکل نزدیک شدند: اگر کیهان را با تعداد بسیار بیشتری از ابعاد تصور کنیم چه؟ کریستین اکر، فیزیکدان انستیتو فیزیک نظری دانشگاه گوته فرانکفورت آلمان، گفت: «کیهان ما چهار بعد دارد. اما اصولاً هیچ چیز ما را از نوشتن معادلات فیزیکی برای تعداد بیشتری از ابعاد (پنج بعد، چهل و دو بعد، یا حتی بینهایت بعد) باز نمیدارد.»
با تصور جهانی متشکل از صدها بعد، محققان توانستند فرمولهای تحلیلی را استخراج کنند که ساختارهای تکراری و فراکتالمانند را در انحنای فضا-زمان توصیف میکند. جالب اینکه معادلات نه فقط در جهانهای با ابعاد بالا، بلکه حتی در ابعاد بسیار پایینتر نیز کار میکردند. این نشان میدهد این حالتهای کریستالمانند عجیب ممکن است چیزی اساسی در مورد خود گرانش را منعکس کنند.
