(fpm/E+/Getty Images) Jedes Mal, wenn Sie einen Schritt machen, erstrahlt der Raum in sanfter Wärme.
Genannt Fulling-Davies-Unruh-Effekt (oder manchmal auch nur der Unruh-Effekt, wenn Sie unter Zeitdruck stehen) ist dieser unheimliche Strahlungsschein, der aus dem Vakuum austritt, etwas Geheimnisvolles Hawking-Strahlung das soll umgeben sein Schwarze Löcher .
Nur ist es in diesem Fall das Produkt der Beschleunigung und nicht der Schwerkraft.
Kannst du es nicht spüren? Dafür gibt es einen guten Grund. Man müsste sich mit einer unglaublichen Geschwindigkeit bewegen, um selbst die schwächsten Unruh-Strahlen zu spüren.
Der Effekt bleibt vorerst ein rein theoretisches Phänomen, das weit außerhalb unserer Messmöglichkeiten liegt. Doch das könnte sich bald ändern, nachdem Forscher der University of Waterloo in Kanada und des Massachusetts Institute of Technology (MIT) eine Entdeckung gemacht haben.
Durch die Rückkehr zu den Grundlagen haben sie gezeigt, dass es eine Möglichkeit geben könnte, den Unruh-Effekt zu stimulieren, sodass er direkt unter weniger extremen Bedingungen untersucht werden kann.
In einer unerwarteten Wendung hätten sie möglicherweise auch das Geheimnis gelüftet, wie man Materie unsichtbar macht.
Der eigentliche Preis bestünde jedoch darin, neue Wege in Experimenten zu beschreiten, die darauf abzielen, zwei mächtige, aber inkompatible Theorien in der Physik zu vereinen – eine, die das Verhalten von Teilchen beschreibt, und die andere, die die Krümmung von Raum und Zeit abdeckt.
„Die Theorie von generelle Relativität und die Theorie der Quantenmechanik sind derzeit noch etwas uneinig, aber es muss eine einheitliche Theorie geben, die beschreibt, wie die Dinge im Universum funktionieren“, sagt Mathematiker Achim Kempf von der University of Waterloo.
„Wir haben nach einer Möglichkeit gesucht, diese beiden großen Theorien zu vereinen, und diese Arbeit trägt dazu bei, uns einander anzunähern, indem sie Möglichkeiten eröffnet, neue Theorien anhand von Experimenten zu testen.“
Der Unruh-Effekt liegt genau an der Grenze zwischen Quantengesetzen und allgemeiner Relativitätstheorie.
Der Quantenphysik zufolge müsste ein Atom, das ganz allein im Vakuum sitzt, darauf warten, dass ein einfallendes Photon durch das elektromagnetische Feld schwingt und seine Elektronen hin und her bewegt, bevor es sich als erleuchtet betrachten kann.
Wenn wir die Relativitätstheorie betrachten, gibt es eine Möglichkeit zu betrügen. Allein durch die Beschleunigung könnte ein Atom kleinste Schwankungen im umgebenden elektromagnetischen Feld in Form niederenergetischer Photonen erfahren, die durch eine Art Doppler-Effekt umgewandelt werden.
Diese Wechselwirkung zwischen der relativen Erfahrung von Wellen in einem Quantenfeld und dem Wackeln der Elektronen eines Atoms beruht auf einem gemeinsamen Timing ihrer Frequenzen. Alle Quanteneffekte, die nicht vom Timing abhängen, werden normalerweise ignoriert, da sie auf dem Papier dazu neigen, sich auf lange Sicht auszugleichen.
Zusammen mit den Kollegen Vivishek Sudhir und Barbara Soda zeigte Kempf, dass diese normalerweise vernachlässigbaren Bedingungen bei der Beschleunigung eines Atoms weitaus bedeutender werden und sogar die dominanten Effekte übernehmen können.
Indem sie ein Atom genau richtig kitzelten, beispielsweise mit einem leistungsstarken Laser, zeigten sie, dass es möglich ist, diese alternativen Wechselwirkungen zu nutzen, um bewegende Atome den Unruh-Effekt erleben zu lassen, ohne dass große Beschleunigungen erforderlich sind.
Als Bonus fand das Team auch heraus, dass ein beschleunigendes Atom bei richtiger Flugbahn für einfallendes Licht transparent werden könnte, wodurch seine Fähigkeit, bestimmte Photonen zu absorbieren oder zu emittieren, effektiv unterdrückt wird.
Abgesehen von Science-Fiction-Anwendungen ist es möglich, dass wir durch die Identifizierung von Möglichkeiten, die Fähigkeit eines beschleunigenden Atoms zu beeinflussen, mit Wellen im Vakuum in Kontakt zu treten, neue Wege finden können, um herauszufinden, wo Quantenphysik und allgemeine Relativitätstheorie einem neuen theoretischen Rahmen weichen .
„Seit über 40 Jahren werden Experimente durch die Unfähigkeit, die Schnittstelle zwischen Quantenmechanik und Schwerkraft zu erforschen, behindert.“ sagt Sudhir, ein Physiker vom MIT.
„Wir haben hier eine praktikable Möglichkeit, diese Schnittstelle in einer Laborumgebung zu untersuchen.“ „Wenn wir einige dieser großen Fragen klären können, könnte das alles verändern.“
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Untersuchung .