Автор оригинала: Ethan Siegel. Во Вселенной существует множество законов сохранения — энергии, импульса, заряда и так далее. Многие свойства физических систем сохраняются: они не могут быть просто созданы или уничтожены. Рациональное мышление говорит нам, что мы не можем получить что-то из ничего. Но в квантовой сфере это оказывается возможным.

Благодаря научному прогрессу, мы уже несколько лет как научились создавать даже саму материю, имитируя ситуацию через секунды после Большого взрыва. Для этого мы сталкиваем вместе два кванта в коллайдерах при настолько высоких энергиях, которые обеспечивают возникновение равных частей материи и антиматерии по формуле E = mc². А недавно человечеству впервые удалось создать реальные частицы материи вообще без столкновений и каких-то частиц-предшественников. С помощью сильных электромагнитных полей и эффекта Швингера впервые что-то возникло вообще из ничего.

Новые законы

Обычное рациональное мышление говорит нам, что мы не можем получить что-то из ничего. Так не бывает. Сюда же склоняет нас и первый закон термодинамики: «энергия не может быть создана или уничтожена, она лишь переходит из одного состояния в другое». Но теория Большого взрыва, а потом и работы Лоуренса Краусса, Швингера и Казимира, постепенно разбивают эту парадигму.

Теперь, если кто-то говорит, что «вы не можете получить что-то из ничего», значит, он не знает квантовую физику. Первым законом термодинамики на микроуровне можно пренебречь за счет существования античастиц, которые позволяют играть с общим количеством энергии в системе. И теперь мы точно знаем, что если у вас есть пустое пространство — максимальное «ничто» в любом физическом смысле — им можно специальным образом манипулировать, и там неизбежно возникнет что-то.

Если с силой столкнуть две частицы в бездне пустого пространства, иногда появляются дополнительные пары частица-античастица. Или можно взять мезон и попытаться оторвать в нём кварк от антикварка, в результате чего из пустого пространства там тоже возникнет новая пара частица-античастица, чтобы заполнить возникшую брешь. А в теории достаточно сильное электромагнитное поле может вырывать частицы и античастицы из самого вакуума, даже вообще без каких-либо исходных рудиментарных кусочков материи.

Визуализация кварков в протоне

Раньше считалось, что для реализации таких эффектов нужны самые высокие возможные энергии — такие, которые можно получить только в коллайдерах или экстремальных астрофизических условиях. Но в начале 2022 года достаточные электрические поля были созданы в обычной лаборатории за счет использования уникальных свойств графена. Это позволило ученым спонтанно создавать пары частиц и античастиц из ничего. Из абсолютно пустого пространства.

Предсказание о том, что это должно быть возможно, было сделано 70 лет назад: оно восходит к одному из основателей квантовой теории поля Джулиану Швингеру. Эффект Швингера теперь однозначно подтвержден и он учит нас тому, как Вселенная действительно может возникнуть из ничего. Что, например, придает еще больше веса теории Большого взрыва, и вряд ли порадует креационистов.

Настоящая пустота

На самом деле, во Вселенной, в которой мы живем, очень сложно найти это самое «ничего».