Излучение Унру

Эффект Унру (излучение Унру) — предсказываемый квантовой теорией поля эффект наблюдения планковского излучения в ускоряющейся системе отсчёта при отсутствии этого излучения в инерциальной системе отсчёта. Другими словами, ускоряющийся наблюдатель увидит фон излучения вокруг себя, даже если неподвижный наблюдатель не видит ничего. Основное квантовое состояние (вакуум) в неподвижной системе переходит в состояние термодинамического равновесия в ускоряющейся системе отсчёта.

Эффект был открыт в 1976 году Биллом Унру из Университета Британской Колумбии. Унру показал, что понятие о вакууме зависит от того, как наблюдатель движется сквозь пространство-время. Если вокруг неподвижного наблюдателя находится только вакуум, то ускоряющийся наблюдатель увидит вокруг себя много частиц, находящихся в термодинамическом равновесии, то есть тёплый газ. Эффект Унру произвёл переворот в понимании слова вакуум, так как теперь можно говорить о вакууме только относительно какого-то объекта.

По современным определениям, понятие вакуум — не то же самое, что и пустое пространство, так как всё пространство заполнено квантованными полями (иногда говорят о виртуальных частицах). Вакуум — это самое простое, самое низшее из возможных состояний. Энергетические уровни любого квантованного поля зависят от гамильтониана, который, в свою очередь, зависит от координат, импульсов и времени. Согласно специальной теории относительности, два наблюдателя, двигаясь навстречу, должны использовать различные временны́е координаты. Поэтому гамильтониан, а значит и понятие вакуума, зависит от системы отсчёта.

Как известно, количество частиц является собственным значением оператора, зависящего от операторов рождения и уничтожения. Перед тем, как определить операторы рождения и уничтожения, нам нужно разложить свободное поле на положительные и отрицательные частотные компоненты. А это можно сделать только в пространствах с времениподобным вектором Киллинга. Разложение будет разным в прямолинейных и риндлеровских координатах, несмотря на то что они связаны преобразованием Боголюбова. Именно поэтому количество частиц зависит от системы отсчёта.

Эффект Унру и общая теория относительности

Эффект Унру позволяет дать грубое объяснение излучения Хокинга и (вследствие принципа эквивалентности) может считаться аналогом оного. При равноускоренном движении позади ускоряющегося тела также возникает горизонт событий.

Численное значение

Температура наблюдаемого излучения Унру выражается той же формулой, что и температура излучения Хокинга, но зависит не от поверхностной гравитации, а от ускорения системы отсчета a.

$T = \frac{\hbar a}{2\pi k c}$

Так, температура вакуума в системе частицы, двигающейся в условиях притяжения Земли с ускорением 9.81 м/с² равна 4×10⁻²⁰ К. Для экспериментальной проверки Эффекта Унру планируется достигнуть ускорения частиц 10²⁶ м/с², что соответствует температурам около 400 000 K

Эффект Унру также влечёт за собой изменение скорости распада ускоренных частиц по отношению к частицам, движущимся по инерции. Некоторые стабильные частицы (такие, как протон) приобретают конечное время распада.^{[1] [2] [3]}

Источники

1. ↑ R. Mueller, Decay of accelerated particles, Phys. Rev. D 56, 953—960 (1997) preprint.
2. ↑ D. A. T. Vanzella and G. E. A. Matsas, Decay of accelerated protons and the existence of the Fulling-Davies-Unruh effect, Phys. Rev. Lett. 87, 151301 (2001)preprint.
3. ↑ H. Suzuki and K. Yamada, Analytic Evaluation of the Decay Rate for Accelerated Proton, Phys. Rev. D 67, 065002 (2003) preprint.