把宇宙维度拉到无限大，数学家推导出“时空晶体”塌缩精确公式
时空在特定条件下会自发形成高度有序的“晶体”结构──此时只要添加一些能量，它就会瞬间塌缩形成黑洞，但描述此现象的公式悬而未决30年。现在通过将宇宙维度推到无限大求解重力方程，数学家首次推导出描述“临界坍缩”与“时空晶体”的精确数学公式，解释时空在不稳定临界状态下如何因极小扰动形成微小黑洞。
当一个系统达到临界点，此时只要一个几乎察觉不到的微小变化就能引起戏剧性剧变，水结冰（自发排列成规则图案并形成冰晶）就是我们日常生活熟悉的例子。
物理学家相信时空也能经历类似转变。
微小黑洞诞生机制
根据爱因斯坦相对论，物质与能量塑造时空几何形状，大质量物体会产生更强烈扭曲效果，但1993年电脑模拟发现，时空本身在特定条件下达到临界点可自行组织成一种高度有序结构，该阈值称为临界塌缩（criticalcollapse），研究人员描述这种状态为时空晶体（spacetimecrystal）。
科学家解释，时空晶体是种不稳定中间态，能朝2个不同方向演化：若没有额外扰动，时空晶体可能消散回到充满自由移动粒子的普通时空；但只要加入一些能量扰动，它就会突然塌缩形成比原子还小的微观黑洞。
而模拟有趣结果之一，是无论如何设定初始条件，微小黑洞在临界阈值附近都非随机形成，而是遵循严格数学规则，暗示背后有一套漂亮理论。
模拟结果非常精准，但物理学家十多年来始终无法从理论推导出该过程精确数学公式，因此无法描述该过程如何发生。
现在，来自德国法兰克福大学、奥地利维也纳工业大学的研究团队，首次推导出描述临界塌缩过程的精确数学公式，突破关键在于以违反直觉的方式看待问题：增加时空维度。
无限维度反而让物理学变简单
人类当前可直接体验与测量的宇宙有4个维度（3个空间维度加1个时间维度），但原则上，没有任何条件可阻止我们写下容纳更多维度的物理方程式。
增加维度听起来会让数学变极度复杂，事实却可能恰恰相反，当物理学家在无限维度极限下求解重力方程，广义相对论某些数学结构反而变得异常简单，对称性更明显，他们可以先从高维极限找到精确解，再通过近似方法将结果“降维”回四维宇宙。
过去30年，临界坍缩现象只能通过电脑模拟彰显，这篇新研究首次提供“临界坍缩／时空晶体→黑洞生成”的精确数学描述，让理论与模拟得以互相验证，也有助解释原初黑洞在极早期宇宙形成机制，开启一条分析黑洞与强重力现象新路径。
新论文发表在《物理评论快报》（PhysicalReviewLetters）。
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