Главная Новости Эффект Унруха: физики надеются обнаружить квантовое свечение

Эффект Унруха: физики надеются обнаружить квантовое свечение

Для фанатов "Звездных войн" полоски звезд, которые видны из кабины "Тысячелетнего сокола" при переходе в гиперпространство, являются каноническим образом. Но что на самом деле увидел бы пилот, если б его корабль мог мгновенно ускоряться в открытом космосе? Согласно эффекту Унруха, - теплое свечение, пишет Альтернативная наука.

Эффект Унруха

С 1970-х годов, когда он был впервые сформулирован, эффект Унруха ускользал от обнаружения, главным образом потому, что вероятность увидеть это необычное явление бесконечно мала и требует либо огромных ускорений, либо бесконечного времени наблюдения.

Однако исследователи из Массачусетского технологического института и Университета Ватерлоо считают, что нашли способ значительно увеличить вероятность наблюдения эффекта Унруха, о чем они подробно рассказали в исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters.

Вместо того чтобы наблюдать эффект спонтанно, как это пытались сделать другие астрономы, команда предлагает стимулировать явление, причем весьма специфическим способом, подавляя другие аналогичные эффекты.

Исследователи сравнивают свою идею с набрасыванием плаща-невидимки на другие обычные явления, который затем должен выявить гораздо менее очевидный эффект Унруха.

Если эксперимент удастся реализовать на практике, этот новый стимулированный подход с дополнительной прозрачностью, вызванной ускорением, может значительно увеличить вероятность наблюдения эффекта Унруха.

Вместо того, чтобы ждать дольше, чем возраст Вселенной, пока ускоряющаяся частица произведет теплое свечение, подход команды сокращает время ожидания до нескольких часов.

"Теперь, по крайней мере, мы знаем, что в течение нашей жизни есть шанс увидеть этот эффект", - говорит соавтор исследования Вивишек Судхир, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института, который разработал технологическую сторону эксперимента. Среди соавторов исследования также Барбара Шода и Ахим Кемпф из Университета Ватерлоо.

Тесная связь

Эффект Унруха также известен как эффект Фуллинга-Дэвиса-Унруха, по имени трех физиков-авторов. Предсказание гласит, что тело, ускоряющееся в вакууме, должно ощущать присутствие теплового излучения исключительно как эффект ускорения тела. Этот эффект связан с квантовыми взаимодействиями между ускоряющейся материей и квантовыми флуктуациями в пустом пространстве.

 

Чтобы создать достаточно теплое свечение для измерения детекторами, объект, например, атом, должен разогнаться до скорости света менее чем за миллионную долю секунды. Такое ускорение было бы эквивалентно силе g в квадриллион метров в секунду в квадрате (пилот истребителя обычно испытывает ускорение g в 10 метров в секунду за секунду).

"Чтобы увидеть такой эффект за короткий промежуток времени, нужно иметь невероятное ускорение, - говорит Судхир. - Если бы вместо этого у вас было какое-то разумное ускорение, вам пришлось бы ждать гигантское количество времени - больше, чем возраст Вселенной - чтобы увидеть измеряемый эффект".

В чем же тогда смысл?

  • Во-первых, наблюдение эффекта Унруха стало бы подтверждением фундаментальных квантовых взаимодействий между материей и светом.
  • Во-вторых, обнаруженный эффект может быть зеркальным отражением излучения Хокинга, аналогичного теплового свечения в результате взаимодействия света и материи в экстремальном гравитационном поле, например, вокруг черной дыры.

"Существует тесная связь между эффектом Хокинга и эффектом Унруха - они в точности дополняют друг друга", - убежден Судхир, добавляя, что если бы наблюдался эффект Унруха, "то наблюдался бы механизм, общий для обоих эффектов".

Прозрачная траектория

Предполагается, эффект Унруха спонтанно возникает в вакууме. Квантовая теория поля говорит, что вакуум - это не просто пустое пространство, а скорее поле беспокойных квантовых флуктуаций, каждая частотная полоса которых имеет размер примерно в половину фотона. Унрух предсказал, что тело, ускоряющееся в вакууме, должно усиливать эти флуктуации таким образом, что возникает тепловое свечение частиц.

В своем исследовании ученые применили новый подход для увеличения вероятности наблюдения эффекта Унруха, добавив свет ко научному сценарию.

"Когда вы добавляете фотоны в поле, вы добавляете в n раз больше флуктуаций, чем половина фотона, находящегося в вакууме, - объясняет Судхир. - Поэтому, если вы ускоряете новое состояние поля, вы ожидаете увидеть эффекты, которые также в n раз больше, чем в вакууме".

Что такое эффект Унруха?

Кроме того, дополнительные фотоны будут усиливать иные эффекты, - и это главный недостаток, который удерживал исследователей от применения стимулирующего подхода.

Судхир и его команда нашли обходной путь, используя "прозрачность, вызванную ускорением" - понятие, которое они вводят в статье.

Физики продемонстрировали, что если заставить объект ускоряться по очень специфической траектории через поле фотонов, то, например, атом будет взаимодействовать с полем таким образом, что фотоны определенной частоты окажутся невидимыми для атома.

"Когда мы стимулируем эффект Унруха, одновременно мы стимулируем и обычные, или резонансные, эффекты, но мы показываем, что, изменяя траекторию частицы, мы можем, по сути, отключить эти эффекты", - поясняется в исследовании.

Сделав все остальные эффекты прозрачными, физики смогут получить больше шансов измерить фотоны или тепловое излучение, исходящее только от эффекта Унруха.

У исследователей уже есть некоторые идеи относительно того, как разработать эксперимент, основанный на их гипотезе. Они планируют построить лабораторный ускоритель частиц, способный разогнать электрон до скорости, близкой к скорости света, который затем будут стимулировать с помощью лазерного луча на микроволновых волнах.

В настоящее время ученые ищут способы сппланировать путь электрона так, чтобы подавить классические эффекты и одновременно усилить неуловимый эффект Унруха.

"Теперь у нас есть механизм, который, похоже, статистически усиливает этот эффект через стимуляцию, - поясняет Судхир. - Учитывая 40-летнюю историю проблемы, мы теоретически устранили самое большое узкое место".