Un nou test de valuri de apă susține ideea de căldură cuantică în vid

Spațiul gol s-ar putea simți fierbinte pentru un călător care trece printr-un clip care crește rapid – sau așa prevăd unii fizicieni. Și un nou experiment oferă un indiciu că ar putea avea dreptate.

Acea idee, cunoscută sub numele de efectul Unruh, pare să fie susținută de un efect analog care apare într-un rezervor de apă ondulată. Modelele din valuri, atunci când sunt analizate ca și cum ar fi văzute de un observator care accelerează, par să recreeze semnătura așteptată a efectului, raportează cercetătorii pe 7 septembrie pe arXiv.org. Dacă va rezista la un control suplimentar, rezultatul ar marca prima dată când o versiune a efectului Unruh a fost observată.

Este un concept contraintuitiv: pentru un observator care se mișcă cu o viteză constantă, un vid perfect ar fi frigid. Dar cineva care accelerează prin acel spațiu gol s-ar putea să treacă destul de mult. „Efectul Unruh spune practic că dacă ești suficient de accelerat în vid, poți arde până la moarte”, spune fizicianul teoretician George Matsas de la Universitatea de Stat din São Paulo din Brazilia.

Visat în anii 1970, efectul Unruh – numit după unul dintre descoperitorii săi, fizicianul William Unruh, acum la Universitatea British Columbia din Vancouver – se bazează pe faptul că, în fizica cuantică, spațiul gol nu este niciodată cu adevărat gol. În schimb, vârtejuri haotice de particule și antiparticule sunt create și anihilate în mod constant. Pentru oricine se mișcă cu o viteză constantă, acele particule sunt tranzitorii sau „virtuale”. Asemenea particule virtuale par să încalce conservarea energiei pentru o perioadă scurtă de timp – o ciudație făcută posibilă de principiul incertitudinii lui Heisenberg. Dar pentru un observator care accelerează, acele particule ar acționa ca niște particule reale, persistente, cu energii bine definite și producând o temperatură care crește cu o accelerație mai mare.

Dar măsurarea efectului Unruh este o sarcină descurajantă: observarea unei temperaturi de 1 kelvin (1 grad Celsius peste zero absolut) ar necesita o accelerație de 10 miliarde de miliarde de ori mai mare decât cea generată de gravitația pe suprafața Pământului. Această cerință înseamnă că efectul Unruh este neconfirmat, lăsând unii oameni de știință sceptici cu privire la faptul că este real.

Așadar, fizicianul Ulf Leonhardt de la Institutul de Știință Weizmann din Rehovot, Israel, și colegii sai și-au propus să observe un efect analog care nu ar necesita o accelerație atât de extremă. O versiune „clasică” a efectului Unruh – minus mecanica cuantică – are loc în valuri la suprafața apei, raportează cercetătorii.

Vibrând un canal de apă, oamenii de știință au creat valuri care amintesc de vidul spumant care generează particule și antiparticule. O cameră video a înregistrat înălțimea ondulațiilor rezultate. Cercetătorii au urmărit înălțimea undelor de-a lungul traiectoriei pe care ar fi urmat-o un observator în accelerație, ceea ce a produs un model analog cu o temperatură: atunci când sunt distruse în funcție de frecvențele lor, distribuția ondulațiilor se potrivea cu frecvențele radiației care ar fi asociate cu temperatura prezisă de efectul Unruh.

„Acesta este un analog legitim și rezultatele sunt destul de convingătoare”, spune Matsas, care nu a fost implicat în cercetare.

Coautorul studiului, Leonhardt, a refuzat să comenteze lucrarea, deoarece încă nu a fost revizuită de colegi.

Efectul Unruh este strâns legat de radiația Hawking, radiație extrem de slabă emisă de o gaură neagră la o temperatură determinată de masa acesteia. Oamenii de știință au creat anterior stări asemănătoare unei găuri negre în apă și, prin urmare, au demonstrat ceva asemănător cu radiația Hawking (SN: 18.12.10, str. 28). Atât radiația Hawking, cât și efectul Unruh sunt intrigante pentru fizicieni, deoarece aceste fenomene conectează mecanica cuantică și gravitația, între care se află o lume de jos a fizicii prost înțeleasă.

„Este o idee grozavă să cauți efectul Unruh în analogi”, spune Silke Weinfurtner de la Universitatea din Nottingham din Anglia. Dar, notează ea, cercetătorii „nu au accelerat cu adevărat observatorul”. În schimb, ei s-au uitat doar la ceea ce ar putea detecta un observator ipotetic și au dedus că un astfel de observator ar simți un model de ondulații analog cu temperatura prezisă datorită efectului Unruh.

La fel, alți fizicieni așteaptă o confirmare ulterioară înainte de a deveni prea entuziasmați. „Este o lucrare foarte interesantă”, spune Germain Rousseaux de la Universitatea din Poitiers din Franța. Totuși, spune el, „acesta este un prim pas; Aș fi precaut cu concluzia.”