Горизонт чёрной дыры похож на мыльную плёнку, натянутую над бездной. Со стороны кажется идеально гладким, но вблизи он дрожит. Эта рябь рождается из-за квантовых флуктуаций — непрерывного рождения и исчезновения частиц в пустоте.
Физики изучили такую дрожь для чёрной дыры в трёхмерном пространстве с отрицательной кривизной (так устроена Вселенная с анти-деситтеровской геометрией). Они задали чёткий рецепт, как измерить размах колебаний, и назвали его «квантовой шириной» горизонта. С помощью голографического принципа — идеи, что гравитация внутри объёма полностью описывается теорией на его границе, — ширину связали с привычными величинами на краю.
Оказалось, что типичная амплитуда дрожи примерно равна корню четвёртой степени из произведения гравитационной постоянной и куба радиуса пространства. В числах это куда больше планковской длины (мельчайшего возможного размера). Более того, чем на более мелком масштабе смотреть, тем сильнее дрожит горизонт — в пределе нулевого размера колебания логарифмически уходят в бесконечность.
Этот результат — самый надёжный на сегодня довод в пользу того, что квантовые флуктуации горизонта реальны и заметны без всяких ухищрений. Дрожь плёнки не просто теоретическая причуда, а прямое следствие квантовой гравитации в её нынешнем понимании.
Квантовую ширину горизонта можно представить как дрожь мыльного пузыря, который трясётся от теплового движения молекул воздуха — только здесь «молекулы» — это виртуальные частицы вакуума.
В романе «Чёрные дыры и складки времени» Кип Торн описывает квантовую пену на горизонте — именно её свойства и уточняет эта работа.