Бросьте в пруд камешек — и по воде пойдут круги. Примерно так же любое тело, даже самое маленькое, возмущает поле тяготения вокруг себя. В пустом холодном космосе эти возмущения, словно рябь на тихой глади, заставляют два близких объекта всегда отталкиваться. Это явление называют гравитационным взаимодействием Казимира–Полдера. Но что случится, если пруд не спокоен, а нагрет и полон ряби от тепла?
Авторы работы добавили в картину «тепловой ветер» из гравитонов — мельчайших переносчиков гравитации. В горячей среде они носятся хаотично, как молекулы пара над кипятком. Учёные рассмотрели простую сцену: крошечный объект висит рядом с идеальной стенкой, которая не пропускает гравитационные волны. Под действием гравитации объект способен поляризоваться — слегка вытягиваться, подобно железной стружке в магнитном поле. В холоде, когда тепловых гравитонов почти нет, сила зависит только от расстояния и всегда стремится отодвинуть объект от стенки. Стоит включить тепло — и картина становится богаче.
Самое неожиданное обнаружилось при высоких температурах. Если объект поляризуется вдоль стенки, сила падает с расстоянием очень медленно — по закону $T/L$, где $T$ — температура, а $L$ — расстояние. Если же он поляризуется перпендикулярно стенке, сила внезапно становится притягивающей. А когда тепловая рябь делается совсем бурной, сила начинает осциллировать: на одних дистанциях стенка тянет объект к себе, на других — отпихивает. Всё это означает, что тепловые гравитоны — не просто шум. Это активный инструмент, которым можно управлять квантовыми гравитационными силами.
Гравитационное взаимодействие Казимира–Полдера — аналог знаменитого эффекта Казимира из электродинамики, только для гравитации. В обычном эффекте Казимира две пластины в вакууме притягиваются из-за квантовых флуктуаций; здесь же одиночный объект взаимодействует с границей, и в вакууме сила всегда отталкивающая.
В романе «Град обреченный» братьев Стругацких герои сталкиваются с загадочной стеной, меняющей свои свойства в зависимости от внешних условий — отчасти похоже на то, как тепловые гравитоны меняют характер взаимодействия объекта с гравитационной границей.