插图展示了时空的结构如何“结晶化”以诞生一个临界坍缩黑洞（图片来源：维也纳科技大学/罗伯特·利亚）。当我们想到黑洞时，可能会想象到某种广袤的宇宙巨兽，贪婪地吞噬任何不幸落入其引力影响范围内的物质。更深入地思考时，我们可能会想象这个贪婪的宇宙巨兽是由一颗巨大恒星核心的剧烈坍缩形成的。或许我们甚至会想象在一个星系中心的超大质量黑洞，它是由多个较小黑洞的合并形成的，并且质量达到太阳的数百万甚至数十亿倍。然而，尽管这个画面很准确，但许多科学家长期以来一直怀疑它只是黑洞冰山的一角，仅代表了“天体物理黑洞”的一个单一类别。这些研究人员推测，黑洞也可以在更小的尺寸上形成，不需要巨大恒星的存在和死亡或先前的黑洞对。尤其是，许多科学家认为，质量仅相当于中等大小小行星的微小黑洞，可能直接由大爆炸后瞬间弥漫在宇宙中的热而密集的物质的密度波动形成。这些物体依然是假设的，因为其存在的证据至今未能得到证实。然而，这并没有阻止研究人员思考非天体物理黑洞及其形成途径。一个例子是来自法兰克福歌德大学和维也纳科技大学（TU Wien）科学家的新研究，该研究表明，当时空的结构作为一个四维实体“时空”发生临界坍缩并组织成规则的晶体状排列时，可以形成微小的黑洞。虽然这个想法并不完全新颖，但该团队成为第一个用数学描述这种转变的团队。最令人震惊的是，他们仅用纸和笔完成了这个工作！虽然天体物理黑洞是由宇宙中一些最巨大的和最剧烈的事件形成的，例如核心坍缩超新星或黑洞合并，这些事件使得时空的结构因重力波而振荡，这些波从数百万甚至数十亿光年之外都能被“听见”，但团队发现这些临界坍缩黑洞甚至只需微小的推动就能诞生。“有时候，一个微小的、看似无足轻重的原因就足以引发巨大的戏剧性变化，”团队成员、TU Wien的丹尼尔·格鲁米勒对Space.com说道。“如果你拥有一个时空晶体，并注入任意小的能量——就像当你有过冷水并摇晃它使其结晶时的情况。”格鲁米勒进一步解释道，当液态水达到冰点时，只需很小的变化就能使水分子自发地排列成规则的模式，形成冰晶。团队推测，即使时空结构中有微小的变化，也能允许重复模式的发展，导致时空晶体的出现。这可以启动临界坍缩的过程。“你可以把临界时空晶体想象成冰点的水；尽管它仍然是水，但它已经“知道”冰的存在，而微小的扰动就能将0摄氏度的水转变为冰，反之亦然，”格鲁米勒说道。时空的舞台爱因斯坦在1915年的引力理论——广义相对论中，提出质量粒子使得时空的结构弯曲。这意味着，当粒子在时空中移动时，它们会影响时空的结构。这是爱因斯坦对引力重新思考的革命性之处：对于牛顿来说，时空只是宇宙的演员——能量和物质——表演它们角色的舞台。而对爱因斯坦来说，时空是演出的一部分。正是这种主动角色使得天体物理黑洞及其微小对应物的形成成为可能。“我们说时空是被质量弯曲的，”法兰克福歌德大学理论物理研究所的克里斯蒂安·埃克尔在一份声明中表示。“大型物体如恒星强烈弯曲时空——例如，当光线被巨大的恒星偏转时，我们可以观察到这一现象。然而，较小的质量也会产生时空弯曲，只是程度较小。”然而，由于微小黑洞比其天体物理对应物更热，它们会迅速“泄漏”出被称为“霍金辐射”的热辐射至冰冷的太空；这些时空晶体黑洞将迅速蒸发。“这种时空晶体是一种非常特殊和迷人的物体。它是一种中间状态，一种不稳定点，可以向两个不同的方向演变，”格鲁米勒继续说道。“经过一段时间后，不稳定性将开始作用，或者时空晶体散发成辐射。