Promieniowanie Hawkinga i efekt Unruha za jednym razem. Naukowcy mają pomysł na ominięcie trudności

Naukowcy odkryli mechanizm pozwalający znacząco zwiększyć siłę tzw. efektu Unruha. Wykorzystana przez nich technika mogłaby z wysoką skutecznością „zmieniać” materię w niewidzialną.

Efekt Unruha sprawia, iż obserwator poruszający się z przyspieszeniem – w odróżnieniu od obserwatora znajdującego się miejscu – będzie w stanie zaobserwować promieniowanie ciała doskonale czarnego. Takim mianem określa się ciało w pełni pochłaniające padające na nie promieniowane elektromagnetyczne.

Czytaj też: Odkryto pierwszy bąbel Warp. Darpa zrobiła to przez przypadek

Jako że efekt Unruha jest blisko spokrewniony ze słynnym promieniowaniem Hawkinga, to naukowcy widzą szansę w zaobserwowaniu tego pierwszego do potwierdzenia istnienia drugiego. Promieniowanie Hawkinga jak na razie istnieje tylko hipotetycznie, lecz słynny astrofizyk zakładał, że miałoby ono stanowić dowód na aktywność czarnej dziury. Niestety występuje wyłącznie w w pobliżu tych obiektów, co uniemożliwia wykonanie obserwacji. Z kolei do wywołania efektu Unruha potrzebne byłoby osiągnięcie prędkości tak wysokiej, że prawdopodobnie naukowcy musieliby wykorzystać napęd umożliwiający rozwinięcie prędkości warp.

Oba te zadania stanowią ogromne wyzwanie, ale potencjalny przełom może nadejść za sprawą badań opisanych na łamach Physical Review Letters. Jak przyznaje jeden z autorów, Vivishek Sudhir, eksperyment jest skomplikowany i nie ma gwarancji, że uda się go przeprowadzić. Sama idea stwarza natomiast wiele nadziei na sukces. Po raz pierwszy o efekcie Unruha debatowano w 1973 roku, natomiast Hawking o „swoim” promieniowaniu pisał w 1974.

Promieniowanie Hawkinga opisano w 1974 roku, a o efekcie Unruha debatowano w 1973

Grawitacja zniekształca czasoprzestrzeń, przez co pola kwantowe stają się wypaczone, co przybiera na sile wraz ze zbliżaniem do grawitacji osobliwości czarnej dziury. Pole kwantowe ulega wypaczeniu, prowadząc do powstawania nierównomiernych „kieszeni” odmiennie poruszającego się czasu. W całym polu zaczynają też występować skoki energii, podczas gdy na obrzeżach czarnej dziury pojawiają się wirtualne cząstki. Za sprawą efektu Unruha również powstają cząstki wirtualne, ale nie dzieje się to za sprawą zniekształceń wywoływanych przez czarne dziury i ogólną teorię względności, ale przez prędkości bliskie prędkości światła i teorię, w myśl której czas płynie wolniej, im bardziej obiekt zbliża się do prędkości światła.

Do zaobserwowania efektu Unruha można byłoby wykorzystać podejście proponowane przez autorów badań. Przynajmniej w teorii atom poruszający się w próżni, skąpany w świetle lasera o dużej intensywności, mógłby wywołać efekt Unruha. Co ważne, miałoby to być możliwe nawet przy niewielkich przyspieszeniach. Niestety, atom mógłby również oddziaływać ze światłem lasera, absorbując je w celu podniesienia poziomu energii atomu, wytwarzając ciepło. Takowe zagłuszyłoby natomiast ciepło generowane przez efekt Unruha.

Czytaj też: Czy informacja może uciec z czarnej dziury? Czas na rozwiązanie paradoksu Stephena Hawkinga

Według naukowców do obejścia problemu może posłużyć inna technika. Ich zdaniem, jeśli atom zostanie zmuszony do podążania bardzo specyficzną ścieżką przez pole fotonów, nie będzie w stanie „zobaczyć” fotonów o określonej częstotliwości. W takich okolicznościach staną się one dla niego niewidzialne. Aby przekonać się, czy rzeczywiście będzie to możliwe autorzy badań zamierzają zbudować akcelerator cząstek, który będzie przyspieszał elektrony do prędkości światła. Elektrony te będą uderzane z wykorzystaniem wiązki mikrofal. Jeśli uda się osiągnąć pożądany efekt, naukowcy chcieliby przeanalizować potencjalne związki między teorią względności Einsteina a mechaniką kwantową.