Fizika, adətən qalaktikaların mərkəzlərində tapılan və ya nəhəng ulduzların çökməsi zamanı yaranan nəhəng obyektlərdən daha kiçik qara dəliklərə imkan verir. Uyğun şərtlərdə, mikroskopik qara dəliklər də fəza-zaman qeyri-adi kritik vəziyyətə girib təkrarlanan, kristal kimi bir naxışa çevrildikdə əmələ gələ bilər.

Frankfurt Höte Universiteti və Vyana TU-dan olan tədqiqatçılar bu prosesi riyazi olaraq təsvir etməyin bir yolunu tapdılar. İlk dəfə olaraq qeyri-ənənəvi riyazi yanaşmadan istifadə edərək fenomen üçün dəqiq bir düstur əldə etdilər.

Mikroskopik Qara Dəliklər və Kritik Çöküş

Ən çox tanış olan qara dəliklər nəhəng ulduzların ölümü də daxil olmaqla, şiddətli kosmik hadisələrlə əlaqələndirilir. Lakin nəzəri olaraq, ciddi aşağı ölçü həddi yoxdur. Son dərəcə kiçik qara dəliklər, hətta kiçik bir enerji əlavəsinin belə sistemin dağılıb-dağılmadığını müəyyən edə biləcəyi xüsusi kritik vəziyyətlərdən yarana bilər.

Bu kimi şərtlər, Böyük Partlayışdan qısa müddət sonra, maddə və enerjinin intensiv xaotik bir mühitə yığıldığı erkən kainatda mövcud ola bilərdi. Belə hallar potensial olaraq ilkin qara dəliklərin yaranmasına səbəb ola bilərdi.

Kompüter simulyasiyaları artıq bu qeyri-adi kritik strukturların mümkün olduğunu göstərmişdi. Çətinlik simulyasiyaların aşkar etdiyini təkrarlaya biləcək riyazi təsvir tapmaq idi. Frankfurt Höte Universiteti və Vyana TU-nun tədqiqatçıları bunu alimlərin əsasən kağız və qələm kimi təsvir etdiklərini istifadə edərək analitik şəkildə işlənə bilən bir düsturla ediblər.

Kiçik bir dəyişiklik necə çökməyə səbəb ola bilər

TU Wien Universitetindən professor Daniel Qrumiller deyir: “Bəzən kiçik, zahirən əhəmiyyətsiz bir səbəb böyük və dramatik bir dəyişikliyə səbəb olmaq üçün kifayətdir. Məsələn, sıfır dərəcə Selsi temperaturunda maye suyu götürək. Çox kiçik bir dəyişiklik suyun donması üçün kifayətdir. Daha sonra su molekulları öz-özünə nizamlı bir şəkildə düzülür və buz kristalı əmələ gətirir.”

Eynşteynin nisbilik nəzəriyyəsi fəza-zamanın konseptual olaraq oxşar bir şey yaşaya biləcəyini göstərir. Materiya fəza-zamanın həndəsəsinə təsir göstərir və buna görə də hissəciklərin paylanmasındakı dəyişikliklər onun əyriliyini dəyişdirə bilər.

Frankfurtdakı Höte Universitetinin Nəzəri Fizika İnstitutundan Kristian Ekker izah edir: “Biz fəza-zamanın kütlə ilə əyri olduğunu deyirik. Ulduzlar kimi böyük cisimlər fəza-zamanı güclü şəkildə əyir – məsələn, işıq şüaları nəhəng ulduzlar tərəfindən əyildikdə bunu müşahidə edə bilərik. Lakin daha kiçik kütlələr də fəza-zamanın əyriliyini yaradır, yalnız daha az dərəcədə.”

Kritik şərtlər altında bu əyrilik özünü məkan və zaman boyunca təkrarlanan bir naxışa çevirə bilər. Tədqiqatçılar yaranan quruluşu bir növ “məkan-zaman kristalı” kimi təsvir edirlər. Bu incə tarazlaşdırılmış vəziyyəti yaradan proses kritik çökmə adlanır.

Qrumiller deyir: “Bu fəza-zaman kristalı çox qəribə və valehedici bir obyektdir. Bu, bir növ aralıq vəziyyətdir, iki fərqli istiqamətdə inkişaf edə bilən qeyri-sabit bir nöqtədir. Sadəcə yenidən əriyə bilər və sərbəst hərəkət edən hissəciklərlə dolu adi fəza-zaman qala bilər. Lakin az miqdarda enerji əlavə olunarsa, təkamül tamamilə fərqli bir yol tutur: gözə çarpmayan fəza-zaman kristalı qara dəliyə çevrilir.”

1993-cü ilə aid Qara Dəlik Proqnozu

Kompüter simulyasiyaları ilk dəfə 1993-cü ildə qara dəliklərin bu cür kritik davranış vasitəsilə öz-özünə əmələ gələ biləcəyini göstərdi. Fiziklər onilliklər ərzində prosesi riyazi tənliklərlə təkrarlamağa çalışdılar, lakin lazımi düsturları əldə etmək olduqca çətin oldu.

Vyana və Frankfurt tədqiqatçıları hesablamaları apardıqları ölçülərin sayını dəyişdirərək problemin həllini tapdılar.

Kristian Ekker izah edir: “Kainatımızın dörd ölçüsü var — üç ölçü məkan və bir ölçü zaman. Amma prinsipcə, daha çox sayda — beş ölçü, qırx iki ölçü və ya hətta sonsuz sayda — fiziki tənliklər yazmağımıza heç nə mane olmur.”

Ölçülərin əlavə edilməsi onsuz da çətin olan bir problemi daha da mürəkkəbləşdirəcək kimi görünə bilər. Təəccüblüdür ki, əksi də baş verə bilər. Tədqiqatçılar müəyyən mürəkkəb hesablamaların ölçülərin sayı sonsuzluğa yaxınlaşdıqda daha asan olduğunu aşkar etdilər.

Sonsuz Ölçülərlə Dörd Ölçülü Fizikanın Həlli

Komanda əvvəlcə bu hipotetik mühitdə sonsuz sayda ölçü ilə problemi təhlil edir. Daha sonra tədqiqatçılar ortaya çıxan həllin yaşadığımız dördölçülü fəza-zaman da daxil olmaqla daha az ölçüyə malik bir kainata doğru geri çevrilə biləcəyini araşdıra bilərlər.

Bu riyazi sapma alimlərə əvvəllər analitik olaraq əldə edilməsi olduqca çətin olan kritik çöküş haqqında məlumat çıxarmağa imkan verdi.

“Texnikamız olduqca sabit çıxdı. İstədiyiniz dəqiqlikdən asılı olaraq, əlavə yaxınlaşma metodlarından istifadə edərək düsturlarımızı sistematik şəkildə təkmilləşdirə bilərik”, – deyə TU Wien-dən Florian Ecker bildirir. “Bu, bizə əvvəllər analitik olaraq təhlil edilə bilməyən qara dəliklərlə əlaqəli hadisələri öyrənmək üçün yeni bir metod verir.”

Bu yanaşma fiziklərə tamamilə ədədi kompüter simulyasiyalarına etibar etmədən qara dəliklərin əmələ gəlməsini və fəza-zamanın digər ekstremal davranışlarını öyrənmək üçün yeni bir yol verə bilər.