가속 할 때 공간이 가열됩니까? 물리학 자들은 논쟁의 여지가있는 아이디어의 시험을 제안합니다

Adrian Cho apr. 14, 2017

40 년 전, 선도적 인 상대성 이론가가 놀라운 예측을했다. 빈 공간은 일정한 속도로 미끄러지는 관찰자에게는 상충 될 수없는 차갑게 느껴지는 반면, 가속하는 사람은 로켓을 타고 있기 때문에 빈 공간이 뜨거워 질 것이라고 말합니다. 이 소위 Unruh 효과는 실제로 측정하기가 불가능 해 보였지만, 현재 4 명의 이론가들은 기본 물리학을 확인할 수있는 실험을 고안했다고 주장했다. 회의론자들은 그런 일을하지 않을 것이라고 말하지만 모순 된 이유로.

"희망은 회의론자들에게 모든 것이 일관성이 있음을 확신 할 수 있기를 희망한다"고 College Station의 Texas A &M University의 이론적 물리학 자이자 수학자 인 Stephen Fulling은 말합니다. 그러나 이탈리아 페스 카라 (Pescara)에있는 상대 론적 천체 물리학 센터 (International Centers for Relativistic Astrophysics)의 이론가 인 블라디미르 벨린 스키 (Vladimir Belinski)는 "무례한 효과는 말도 안되며 수학적 실수에 근거한다"고 말했다.

Albert Einstein의 특수 및 일반 상대성 이론에 따르면, 사물은 서로에 비해 관찰자와 기괴하게 다른 것처럼 보일 수 있습니다. 손목에 시계가있는 미터 스틱 옆에 서 있다고 가정 해보십시오. 친구 친구가 가까이 속도로 지나면 막대기가 미터보다 짧고 시계가 비정상적으로 천천히 진드기를 알게 될 것입니다. 반대로, 그녀가 미터 스틱을 가지고 있다면, 당신은 계약을 볼 수 있습니다. 시계가 천천히 체크됩니다.

한 관찰자가 가속화되면 상황이 더 이상해집니다. 일정한 속도로 여행하는 관찰자는 빈 공간의 온도를 절대 0으로 측정합니다. 그러나 가속 된 관찰자는 진공 청소기가 더 뜨거워 질 것입니다. 적어도 그것은 캐나다 밴쿠버에있는 브리티시 컬럼비아 대학교의 이론가 인 윌리엄 Unruh가 1976 년에 주장했다. 대조적으로, Unruh는 말하면, 가속 된 관찰자는 음파에 걸친 양자 입자의 수가 관찰자의 운동에 의존하기 때문에 광자와 다른 입자의 안개를 감지 할 것이라고 주장했다. 가속도가 클수록 안개 또는 "욕조"의 온도가 높아집니다.

그 효과는 직접 측정하기에는 너무 연약합니다. 진공 열을 1K로 보려면, 관찰자는 최고의 로켓이 할 수있는 것보다 100 ~ 2 만 배 더 빨리 가속해야합니다. 그러나 브라질 상 카를로스에있는 상파울루 대학교의 이론가 인 다니엘 반 겔 라 (Daniel Vanzella)와 동료들은 전자에 의해 방사 된 빛을 연구함으로써 가속 관찰자가 볼 수있는 광자의 안개를 감지 할 수 있어야한다고 주장한다.

그것이 어떻게 작동하는지는 다음과 같습니다. 자기장을 가로 질러 측면으로 전자를 촬영한다고 가정 해 봅시다. 기본 물리학은 전자가 현장에서 원을 돌릴 것이라고 지시합니다. 이제 수직 전기장을 바르려면 전자에 위쪽으로 밀려납니다. 순환뿐만 아니라 많은 사람들도 위쪽으로 가속화 될 것입니다. 따라서 설정은 두 개의 참조 프레임을 정의합니다. 무리로 위로 가속되는 프레임에서 전자는 원을 돌리게됩니다 (그림 참조). 비 접속 "실험실 프레임"에서 무리는 뻗어있는 코르크 스크류 궤적을 추적합니다.

unruh 효과 테스트

Vanzella와 동료들은 가속 프레임에서 분석을 시작하여 순환 전자가 광자의 안개가 발생한다고 가정합니다. 전자는 둘 다 광자를 흡수하고 광자를 안개로 방출합니다. 이상하게도, 전자가 광자를 흡수하거나 방출하는 가속 프레임의 모든 이벤트는 전자가 광자를 방출하는 실험실 프레임의 이벤트에 해당합니다. 이론가들은 상대성 이론을 사용하여 실험실 프레임의 방출 된 광자 스펙트럼을 예측합니다. .

실험실 프레임에서, 그들은 방출 된 광자의 스펙트럼은 긴 파장에서 말다툼 과잉을 가져야하지만, 가속 프레임에 광자가 안개가있는 경우에만 시작한다고 Vanzella는 말합니다. 대략적으로 말하면, 가속 프레임의 광자 안개는 전자를 가열하여 실험실 프레임에서 조금 더 방출합니다. 따라서, 실험은 unruh 효과가 존재하는지 테스트하는 방법을 제공 할 것이다 :실험실 프레임에서 장파의 초과 광자를 관찰하면, 가속 된 프레임 공간이 광자로 가득 차 있다는 것을 알게 될 것이다.

회의론자들은 실험이 효과가 없다고 말하지만 그 이유에 동의하지 않는다. 독일 고 팅겐 대학교의 이론가 인 Detlev Buchholz는 상황이 끊임없이 분석되면 가속 프레임에 광자가 안개가 없다고 말했다. "unruh 가스는 존재하지 않습니다!" 그는 말한다. 그럼에도 불구하고 Buchholz는 진공이 가속 관찰자에게 뜨겁게 보일 것이라고 말하지만, 양자 불확실성과 가속의 상호 작용을 통해 발생하는 일종의 마찰로 인해. 따라서 실험은 원하는 효과를 보여줄 수 있지만 가속 프레임에서 광자의 안개를 드러내지는 않습니다.

대조적으로, 배턴 루지에있는 루이지애나 주립 대학의 이론가 인 로버트 오코넬 (Robert O'Connell)은 가속 프레임에는 광자 안개가 있다고 주장했다. 그러나 그는 실험실 프레임에 추가 방사선을 생성하기 위해 안개에서 에너지를 끌어 당기는 것이 불가능하다고 주장합니다. O'Connell은 변동-소제 정리라고 불리는 기본 비트의 물리학을 인용하며, 이는 열 목욕과 상호 작용하는 입자가 욕조에 많은 에너지를 펌핑 할 것이라고 명시하고 있습니다. 따라서 그는 Unruh의 광자 안개가 존재한다고 주장하지만, 실험은 어쨌든 가정 신호를 생성해서는 안된다고 주장한다.

Discord는 제쳐두고 São Paulo State University의 이론가 인 George Matsas와 새로운 논문의 저자는 테스트 수행에 관심이있는 실험자를 찾고 있다고 말합니다. Matsas는 현재 이용 가능한 입자 가속기 및 전자 모그넷으로 수행 할 수 있다고 Matsas는 말했다. "논문의 매개 변수는 현실적으로 선택되었다"고 그는 말했다. 그러나 실험이 예측 된대로 작동하더라도, Unruh 효과에 대한 논쟁은 연기 될 것으로 보인다.