Kunne rumrejsende smelte, mens de accelererer gennem dybt rum?

For fyrre år siden, Den canadiske fysiker Bill Unruh kom med en overraskende forudsigelse vedrørende kvantefeltteori. Kendt som Unruh -effekten, hans teori forudsagde, at en accelererende observatør ville blive badet i sortlegemsstråling, der henviser til, at en inertisk observatør ville blive udsat for ingen. Hvilken bedre måde at markere 40 -årsdagen for denne teori end at overveje, hvordan den kan påvirke mennesker, der forsøger relativistiske rumrejser?

Sådan var hensigten bag en ny undersøgelse foretaget af et team af forskere fra Sao Paulo, Brasilien. I det væsentlige, de overvejer, hvordan Unruh -effekten kunne bekræftes ved hjælp af et simpelt eksperiment, der er afhængig af eksisterende teknologi. Dette eksperiment ville ikke kun bevise en gang for alle, om Unruh -effekten er ægte, det kan også hjælpe os med at planlægge den dag, hvor interstellare rejser bliver en realitet.

For at sige det på lægmandens vilkår, Einsteins relativitetsteori siger, at tid og rum er afhængige af observatørens inertielle referenceramme. I overensstemmelse med dette er teorien om, at hvis en observatør kører med en konstant hastighed gennem tomt vakuum, de vil opdage, at temperaturen af ​​vakuumet er absolut nul. Men hvis de skulle begynde at accelerere, temperaturen i det tomme rum ville blive varmere.

Dette er hvad William Unruh - en teoretiker fra University of British Columbia (UBC), Vancouver - hævdede i 1976. Ifølge hans teori, en observatør, der accelererer gennem rummet, ville blive udsat for et "termisk bad" - dvs. fotoner og andre partikler - som ville intensivere, jo mere de accelererede. Desværre, ingen har nogensinde været i stand til at måle denne effekt, da der ikke findes et rumfartøj, der kan opnå den nødvendige hastighed.

Af hensyn til deres undersøgelse - som for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve under titlen "Virtuel observation af Unruh -effekten" - forskergruppen foreslog et enkelt eksperiment for at teste for Unruh -effekten. Ledet af Gabriel Cozzella fra Institute of Theoretical Physics (IFT) ved Sao Paulo State University, de hævder, at dette eksperiment ville løse problemet ved at måle et allerede forstået elektromagnetisk fænomen.

I det væsentlige, de argumenterer for, at det ville være muligt at opdage Unruh -effekten ved at måle det, der kaldes Larmor -stråling. Dette refererer til den elektromagnetiske energi, der udstråles væk fra ladede partikler (såsom elektroner, protoner eller ioner), når de accelererer. Som de siger i deres undersøgelse:

"En mere lovende strategi består i at søge efter fingeraftryk af Unruh -effekten i strålingen, der udsendes af accelererede ladninger. Accelererede ladninger bør reagere tilbage på grund af strålingsemission, ryster i overensstemmelse hermed. En sådan dirrende vil naturligvis blive fortolket af Rindler -observatører som en konsekvens af ladningsinteraktionen med fotoner fra Unruh termiske bad. "

Som de beskriver i deres papir, dette ville bestå i at overvåge det lys, der udsendes af elektroner inden for to separate referencerammer. Først og fremmest, kendt som "accelerationsrammen", elektroner affyres sideværts hen over et magnetfelt, hvilket ville få elektronerne til at bevæge sig i et cirkulært mønster. I det andet, "laboratorierammen", et lodret felt påføres for at accelerere elektronerne opad, får dem til at følge en proptrækkerlignende sti.

I den accelererende ramme, Cozzella og hans kolleger antager, at elektronerne ville støde på "fotons tåge", hvor de både udstråler og udsender dem. I laboratorierammen, elektronerne ville varme op, når lodret acceleration blev anvendt, får dem til at vise et overskud af fotoner med lang bølgelængde. Imidlertid, dette ville til at begynde med være afhængigt af den "tåge", der findes i den accelererede ramme.

Kort sagt, dette eksperiment tilbyder en simpel test, der kan afgøre, om Unruh -effekten eksisterer eller ej, hvilket er noget der har været i strid lige siden det blev foreslået. En af skønhederne ved det foreslåede forsøg er, at det kunne udføres ved hjælp af partikelacceleratorer og elektromagneter, der i øjeblikket er tilgængelige.

På den anden side af debatten er dem, der hævder, at Unruh -effekten skyldes en matematisk fejl begået af Unruh og hans kolleger. For disse personer, dette eksperiment er nyttigt, fordi det effektivt ville afkræfte denne teori. Uanset, Cozzella og hans team er overbeviste om, at deres foreslåede eksperiment vil give positive resultater.

"Vi har foreslået et simpelt eksperiment, hvor tilstedeværelsen af ​​Unruh termiske bad er kodet i Larmor -strålingen, der udsendes fra en accelereret ladning, "siger de." Derefter, vi udførte en ligetil klassisk-elektrodynamisk beregning (kontrolleret af en kvantefeltteori) for at bekræfte det selv. Medmindre man udfordrer klassisk elektrodynamik, vores resultater må næsten betragtes som en observation af Unruh -effekten. "

Hvis forsøgene skulle lykkes, og Unruh -effekten har vist sig at eksistere, det ville helt sikkert have konsekvenser for eventuelle fremtidige dyb-rum-missioner, der er afhængige af avancerede fremdriftssystemer. Mellem Project Starshot, og enhver foreslået mission, der ville indebære at sende et mandskab til et andet stjernesystem, de ekstra effekter af en "tåge af fotoner" og et "termisk bad" skal tages med i beregningen.