浙江
科學(xué)家首次通過數(shù)學(xué)方式闡述“時空晶體”。
德國法蘭克福哥德大學(xué)（Goethe University Frankfurt）和奧地利維也納工業(yè)大學(xué)（TU Wien）的科學(xué)家近日宣稱，他們用精確的數(shù)學(xué)方程式描述了一種特殊的物理學(xué)過程，表明在臨界狀態(tài)下，時空會自發(fā)形成規(guī)則的類晶體結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為微型黑洞。
理論上，黑洞并不只限于由宏觀宇宙事件——比如超新星爆發(fā)觸發(fā)形成——它們也可因時空受極小能量事件觸發(fā)進(jìn)入特殊臨界狀態(tài)產(chǎn)生，只不過這樣產(chǎn)生的黑洞很小——比如誕生在宇宙大爆炸后最初混沌時刻的“原初黑洞”。
此前科學(xué)家已經(jīng)通過計算機(jī)模擬，驗證過這種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。而在最新的研究中，研究人員首次用數(shù)學(xué)公式證明了這種可能。
研究人員稱，在物理世界中，有時候一個微小的事件，就能誘發(fā)顯著的變化。比如零度的水，一個小小的外因就能促使隨機(jī)分布的水分子自發(fā)排列成規(guī)則的圖案，形成冰晶。
而根據(jù)愛因斯坦的相對論，時空的某種特性可能與此類似。時空的曲率在某種臨界條件的推動下，能夠自我組織成一種規(guī)則的結(jié)構(gòu)，進(jìn)入一種能夠在時間和空間上重復(fù)的模式。科學(xué)家稱進(jìn)入這種狀態(tài)的時空為“時空晶體”。
研究人員稱，“時空晶體”具有非常奇異的特點(diǎn)。它是一種不穩(wěn)定的中間態(tài)——既有可能消散成為普通時空；也能在再次注入能量的情況下走上一條完全不同的演化之路——變成黑洞。
1993年，科學(xué)家曾用計算機(jī)模擬，演示了黑洞通過這種方式自發(fā)形成的可能性——但一直未能使用數(shù)學(xué)的方式描述這一過程——事實證明要做到這一點(diǎn)極為困難。
但現(xiàn)在這些科學(xué)家稱，這個難題現(xiàn)在被他們巧妙地解決了。而他們所謂的巧妙是指——給宇宙增加維度。
研究人員稱，宇宙有4個維度。但理論上沒有什么能夠阻止人們往方程里引入額外的維度——宇宙可以是5維的，也可以是42維的，甚至可以是無限多維的。
事實上，引入新維度并不會讓理論變得更復(fù)雜。研究人員稱，在加入無限維度的極限情況下，某些高度復(fù)雜的難題反而會令人吃驚地簡化。
通過這種迂回的方式，研究人員稱對宇宙有了新認(rèn)知。而下一步將他們要做的，是檢驗他們的成果是否在維度有限的宇宙中依然成立。
圖左為“時空晶體”的可視化呈現(xiàn)；圖右為立方晶體結(jié)構(gòu)。Vienna University of Technology
參考
Analytic Discrete Self-Similar Solutions of Einstein-Klein-Gordon at Large D
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/qgl5-5l3t
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