北京
閱讀時長：3分鐘 | 水會結(jié)晶，時空也會“結(jié)晶”嗎？物理學(xué)家給出了答案。
一杯水放進(jìn)冰箱，溫度慢慢降下來。到了某個臨界點(diǎn)，原本亂糟糟跑來跑去的水分子，突然變成帶有規(guī)則結(jié)構(gòu)的冰晶，這個過程在物理學(xué)里叫相變。
但如果我說，時空也可能出現(xiàn)某種“結(jié)晶”狀態(tài)呢？
這里的晶體不是我們手里能摸到的水晶、鉆石或者冰塊，它說的是一種更抽象、也更嚇人的東西：空間和時間本身，在某些極端條件下，可能會組織出一種重復(fù)的、有節(jié)奏的結(jié)構(gòu)。更關(guān)鍵的是，這種結(jié)構(gòu)非常不穩(wěn)定，它隨時可能進(jìn)入一種可怕的狀態(tài)——變成黑洞。
這不是科幻小說里的設(shè)定，科學(xué)家圍繞一個困擾理論物理學(xué)三十多年的問題，給出了新的數(shù)學(xué)結(jié)果。他們研究的是一種非常特殊的黑洞形成方式：不是恒星在死亡時轟然坍縮，而是在臨界狀態(tài)附近，時空自己“擺出”一種重復(fù)結(jié)構(gòu)，然后只要再多一點(diǎn)點(diǎn)能量，就跨過邊界，形成微型黑洞。
從理論上說，黑洞可以很大，也可以非常小。宇宙早期如果曾經(jīng)存在密度極高的區(qū)域，它們也許會在極短時間內(nèi)塌縮成原初黑洞。這類黑洞目前還屬于假設(shè)對象，我們沒有確認(rèn)它們真的存在，但物理學(xué)家一直很感興趣。因為如果它們存在，就可能幫助解釋早期宇宙、暗物質(zhì)，甚至量子引力的一些問題。
真正有意思的地方在于：黑洞形成的邊界，可能不像我們想象得那么粗糙。
物理學(xué)里有個現(xiàn)象叫“臨界坍縮”，可以把它想象成一場非常精細(xì)的宇宙版拔河。假設(shè)我們準(zhǔn)備一團(tuán)物質(zhì)或場，讓它在引力作用下收縮。能量少一點(diǎn)，它收縮到一定程度后又散開，最終回到比較普通的時空狀態(tài)；能量多一點(diǎn)，它就繼續(xù)塌下去，形成黑洞。
中間有一個非常微妙的臨界點(diǎn)。
在這個點(diǎn)上，系統(tǒng)剛好站在“形成黑洞”和“不形成黑洞”的邊界上。就像一杯水剛好在0℃附近，有時一點(diǎn)點(diǎn)擾動就決定了它是繼續(xù)當(dāng)水，還是開始結(jié)冰。只不過，這里發(fā)生相變的不是水分子，而是時空幾何。
這時候，“時空晶體”這個說法就出現(xiàn)了。
在臨界點(diǎn)附近，時空不是隨便亂彎的。按照這些理論研究，它會出現(xiàn)一種重復(fù)的結(jié)構(gòu)。你可以粗略地理解為：時空在不同尺度上反復(fù)出現(xiàn)相似圖案，好像一層又一層“回聲”。放大一點(diǎn)看，是類似的；再放大，又是類似的。它不是普通晶體那種原子在空間中排列整齊，而是空間與時間共同參與的一種自相似節(jié)奏。
所以，“晶體”只是一個比喻，但這個比喻挺漂亮。普通晶體的特點(diǎn)是有規(guī)則、有重復(fù)、有結(jié)構(gòu)；臨界時空也有某種規(guī)則重復(fù)。差別在于，冰晶安安靜靜地躺在杯子里，而時空晶體極不穩(wěn)定。它待不住。稍微偏向一邊，就散開；稍微偏向另一邊，就黑洞化。
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