Schwarze Löcher verbindet man normalerweise mit sterbenden Sternen oder den Zentren von Galaxien – groß, dramatisch, schwer zu übersehen. Aber die Physik, immer der Spielverderber, sagt, dass es keine strikte untere Größengrenze gibt. Unter den richtigen Bedingungen könnten mikroskopische Schwarze Löcher entstehen, wenn die Raumzeit in einen seltsamen, kritischen Zustand gerät und sich in einem sich wiederholenden, kristallartigen Muster organisiert. Ja, Raumzeitkristalle. Das ist jetzt ein Ding.

Forscher der Goethe-Universität Frankfurt und der TU Wien haben endlich herausgefunden, wie man diesen Prozess mathematisch beschreibt. Zum ersten Mal überhaupt haben sie eine exakte Formel für das Phänomen abgeleitet, und zwar mit, wie sie es beschreiben, im Wesentlichen „Papier und Bleistift“. Warum einen Supercomputer benutzen, wenn man es auch auf die altmodische Art machen kann?

Die Idee geht auf das Jahr 1993 zurück, als Computersimulationen erstmals andeuteten, dass Schwarze Löcher spontan durch kritischen Kollaps entstehen könnten – einen fein abgestimmten Zustand, in dem ein winziger Energieimpuls den Unterschied ausmachen kann. Denken Sie an Wasser bei null Grad Celsius: Eine winzige Änderung lässt es zu Eiskristallen gefrieren. Ähnlich kann sich unter kritischen Bedingungen die Raumzeitkrümmung in einem sich wiederholenden Muster über Raum und Zeit anordnen und einen „Raumzeitkristall“ erzeugen.

Dieser Kristall ist, wie Prof. Daniel Grumiller von der TU Wien es ausdrückt, „ein sehr eigenartiges und faszinierendes Objekt“. Es ist ein instabiler Zwischenzustand, der zwei Wege gehen kann: Er könnte sich einfach auflösen und gewöhnliche Raumzeit mit frei beweglichen Teilchen hinterlassen – oder, wenn man ein winziges bisschen Energie hinzufügt, wird er zu einem Schwarzen Loch. Natürlich.

Jahrzehntelang kämpften Physiker darum, die Simulationen mit Gleichungen zu reproduzieren. Der Durchbruch kam, als das Team einen frechen Trick versuchte: Sie rechneten in mehr Dimensionen, als unser Universum hat. Unser Universum hat vier Dimensionen (drei Raum, eine Zeit), aber nichts hindert einen daran, Gleichungen für fünf, zweiundvierzig oder sogar unendlich viele Dimensionen aufzustellen. Überraschenderweise wird das Problem einfacher, wenn man die Dimensionen auf unendlich erhöht. Es ist, als würde man ein Labyrinth lösen, indem man über die Mauer steigt.

Das Team löste das Problem zuerst in unendlichen Dimensionen und prüfte dann, ob die Lösung auf vier Dimensionen übertragen werden konnte. Dieser mathematische Umweg ermöglichte es ihnen, Informationen über den kritischen Kollaps zu gewinnen, die zuvor analytisch extrem schwer zu erhalten waren.

„Unsere Technik erweist sich als bemerkenswert stabil“, sagt Florian Ecker von der TU Wien. „Je nach gewünschter Genauigkeit können wir unsere Formeln mit zusätzlichen Näherungsmethoden systematisch verbessern.“ Physiker haben also jetzt ein neues Werkzeug, um die Entstehung Schwarzer Löcher und andere extreme Raumzeitverhalten zu untersuchen, ohne sich ausschließlich auf Computersimulationen zu verlassen. Denn nichts sagt ‚Fortschritt‘ wie mehr mit einem Bleistift zu erreichen.

Die Forschung wurde von der Technischen Universität Wien bereitgestellt. Hinweis: Der Inhalt kann aus Gründen des Stils und der Länge bearbeitet worden sein – und in diesem Fall mit einer großzügigen Portion Sarkasmus.