На лужайке Эйнштейна. Что такое ничто, и где начинается всё - Аманда Гефтер (2014)

«Горизонты событий рождают частицы путем реструктуризации вакуума», – записала я в моем блокноте. И, немного подумав, добавила: «Похоже на эффект Казимира?» В самом деле, что-то подобное я уже видела. Эффект Казимира заключается в следующем: две параллельные незаряженные металлические пластины, парящие на расстоянии одного микрона друг от друга, испытывают таинственную силу притяжения. Сила возникает просто из вакуума. Снаружи пластин вакуумные колебания распространяются по всему безграничному пространству, так что здесь присутствуют все возможные компоненты фурье-разложения. Но внутри крошечной щели между пластинами действуют определенные правила отбора на длину волны: между пластинами должно уложиться целое число волн – вы ничего не сможете сделать с половиной волны, так что выживут только те гармоники фурье-разложения флуктуации, которым соответствует длина волны, кратная пространству между пластинами. Пластины реструктурируют вакуум, оставляя вакуум снаружи пластин отличным от вакуума внутри пространства между ними. Эта разница создает усилие: более сильный вакуум снаружи давит на пластины, а более слабый вакуум внутри щели не может справиться с этим давлением. Похожий эффект известен со времен античности: ребенок может удерживать закрытой дверь, хотя бы целая армия напирала на нее, чтобы открыть. Физики давно наблюдают похожую неравную борьбу в лаборатории, и действительно – пластины притягиваются друг к другу, как магниты, только там нет магнитных сил. Там просто ничего нет.

Я всегда считала эффект Казимира удивительным, потому что он демонстрирует физический механизм работы вакуума, видимый теперь невооруженным глазом. Когда вы говорите о возбужденном состоянии вакуума, это звучит как-то эзотерически и очень теоретически, но когда на ваших глазах две медные тарелки вдруг схлопываются вместе, будто в руках музыканта он вдруг становится очень реальным.

При наличии черной дыры – теперь это становится очевидно – горизонт событий, как и металлическая пластина в опыте Казимира, реструктурирует вакуум. Достаточно ввести горизонт событий в некоторой области пространства-времени, и набор гармоник фурье-разложения вакуумных флуктуаций окажется ограниченным. Это приводит к изменению энергии вакуума, а с ним и вакуумных флуктуаций, в результате рождаются частицы, которых иначе здесь бы не было. Это хокинговы частицы, представленные во всем своем многообразии, от фотонов до кварков. Это частицы, рожденные из ничего в результате создания новых границ в пространстве и времени.

Но размышляя об этом, я пришла к выводу, что эта аналогия нелепа. Я хочу сказать, что горизонт событий кое в чем принципиально отличен от металлической пластины: например, пластину не получится пройти насквозь, а пересечь горизонт событий и прямо упасть в черную дыру не составит большого труда. Как могло получиться так, что горизонт оказался достаточно реальным, чтобы реструктурировать вакуум, и одновременно достаточно прозрачным, чтобы частицы могли беспрепятственно проходить сквозь него?