Unruh-effekten

Unruh-effekten (fullständigare Fulling–Davies–Unruh-effekt) är ett hypotetiskt fenomen inom kvantfältteori, som förutsäger att en observatör som accelererar kommer att observera svartkroppsstrålning, där en observatör i ett inertialsystem inte skulle ha observerat någon. Med andra ord verkar bakgrunden varm i ett accelererat referenssystem^{[förtydliga]}. Populärt beskrivet skulle en termometer som viftas runt i ett tomt rum bortsett från andra bidrag ha registrerat en temperatur som var skild från noll.

Unruh-effekten beskrevs först av Stephen Fulling 1973, Paul Davies 1975 och W. G. Unruh 1976.^[1]^[2]^[3] Det är för närvarande inte klart om Unruh-effekten faktiskt har observerats, eftersom de påstådda observationerna är omstridda. Det har även framförts tvivel, ifall Unruh-effekten implicerar att Unruh-strålning existerar.^[4]

Ekvationen

Unruh-temperaturen, som William Unruh beräknade 1976, är den effektiva temperatur som en accelererad detektor mäter i ett vakuumfält. Den ges av^[5]

T={\frac {\hbar a}{2\pi ck_{\text{B}}}},

där $a$ är den lokala accelerationen, $k_{\text{B}}$ är Boltzmanns konstant, $\hbar$ är den reducerade Plancks konstant, och $c$ är ljusets hastighet i vakuum. Alltså skulle en egenacceleration på 2,5 × 10²⁰ m s⁻² motsvara en temperatur på 1 K.

Unruh-tempeaturen har samma form som Hawkingtemperaturen $T_{\text{H}}=\hbar g/(2\pi ck_{\text{B}})$ i ett svart hål, som Stephen Hawking själv kom fram till vid samma tid. Den kom därför att ibland kallas Hawking–Unruh-temperaturen.^[6]

Härledningen utförs enklast med Rindlerkoordinater.

Andra tillämpningar och möjlig experimentell observation

Unruh-effekten bör även leda till att accelererade partiklars sönderfallshastighet avviker från inertial-partiklars. Stabila partiklar som elektronen skulle kunna ha övergångshastighet till högre masstillstånd som inte är noll, när de accelereras tillräckligt snabbt.^[7]^[8]^[9]

Forskare hävdar att experiment som framgångsrikt påvisat Sokolov–Ternov-effekten^[10] även skulle kunna detektera Unruh-effekten under vissa omständigheter.^[11]

Teoretiska överväganden 2011 föreslår att accelererade detektorer borde kunna användas för att direkt påvisa Unruh-effekten med dagens teknik.^[12]

Se även

Referenser

Noter

^ S.A. Fulling (1973). ”Nonuniqueness of Canonical Field Quantization in Riemannian Space-Time”. Physical Review D 7 (10): sid. 2850. doi:10.1103/PhysRevD.7.2850.
^ P.C.W. Davies (1975). ”Scalar production in Schwarzschild and Rindler metrics”. Journal of Physics A 8 (4): sid. 609. doi:10.1088/0305-4470/8/4/022.
^ W.G. Unruh (1976). ”Notes on black-hole evaporation”. Physical Review D 14 (4): sid. 870. doi:10.1103/PhysRevD.14.870.
^ G.W. Ford, R.F. O'Connell (2005). ”Is there Unruh radiation?”. Physics Letters A 350: sid. 17–26. doi:10.1016/j.physleta.2005.09.068. https://arxiv.org/abs/quant-ph/0509151.
^ Se ekvation 7.6 i W.G. Unruh (2001). ”Black Holes, Dumb Holes, and Entropy”. Physics meets Philosophy at the Planck Scale. Cambridge University Press. sid. 152–173
^ P.M. Alsing, P.W. Milonni (2004). ”Simplified derivation of the Hawking-Unruh temperature for an accelerated observer in vacuum”. American Journal of Physics 72 (12): sid. 1524. doi:10.1119/1.1761064. https://arxiv.org/abs/quant-ph/0401170v2.
^ R. Mueller (1997). ”Decay of accelerated particles”. Physical Review D 56 (2): sid. 953–960. doi:10.1103/PhysRevD.56.953. https://arxiv.org/abs/hep-th/9706016.
^ D.A.T. Vanzella, G.E.A. Matsas (2001). ”Decay of accelerated protons and the existence of the Fulling-Davies-Unruh effect”. Physical Review Letters 87 (15): sid. 151301. doi:10.1103/PhysRevLett.87.151301. https://arxiv.org/abs/gr-qc/0104030.
^ H. Suzuki, K. Yamada (2003). ”Analytic Evaluation of the Decay Rate for Accelerated Proton”. Physical Review D 67 (6): sid. 065002. doi:10.1103/PhysRevD.67.065002. https://arxiv.org/abs/gr-qc/0211056.
^ Bell, J. S.; Leinaas, J. M. (7 februari 1983). ”Electrons as accelerated thermometers”. Nuclear Physics B 212 (1): sid. 131–150. doi:10.1016/0550-3213(83)90601-6.
^ E.T. Akhmedov, D. Singleton (2007). ”On the physical meaning of the Unruh effect”. JETP Letters 86 (9): sid. 615–619. doi:10.1134/S0021364007210138. https://arxiv.org/abs/0705.2525.
^ E. Martín-Martínez, I. Fuentes, R. B. Mann (2011). ”Using Berry’s Phase to Detect the Unruh Effect at Lower Accelerations”. Physical Review Letters 107 (13): sid. 131301. doi:10.1103/PhysRevLett.107.131301. https://arxiv.org/abs/1012.2208.

Allmänna källor

Viatcheslav F. Mukhanov, et al.: Introduction to quantum effects in gravity. Cambridge Univ. Press, Cambridge 2009, ISBN 0-521-86834-3; Kap.8; Unruh effect, sid. 97ff. @ google books.
Crispino, Luis C. B; Higuchi, Atsushi; Matsas, George E. A. (2008). ”The Unruh effect and its applications”. Reviews of Modern Physics 80 (3): sid. 787-838. https://arxiv.org/abs/0710.5373.
John Earman: The Unruh effect for philosophers. Studies in History and Philosophy of Modern Physics, Vol.42, Issue 2, sid.81-97, DOI: 10.1016/j.shpsb.2011.04.001 (maj 2011).

[Fulling-1] S.A. Fulling (1973). ”Nonuniqueness of Canonical Field Quantization in Riemannian Space-Time”. Physical Review D 7 (10): sid. 2850. doi:10.1103/PhysRevD.7.2850.

[Davies-2] P.C.W. Davies (1975). ”Scalar production in Schwarzschild and Rindler metrics”. Journal of Physics A 8 (4): sid. 609. doi:10.1088/0305-4470/8/4/022.

[Unruh1976-3] W.G. Unruh (1976). ”Notes on black-hole evaporation”. Physical Review D 14 (4): sid. 870. doi:10.1103/PhysRevD.14.870.

[Ford-4] G.W. Ford, R.F. O'Connell (2005). ”Is there Unruh radiation?”. Physics Letters A 350: sid. 17–26. doi:10.1016/j.physleta.2005.09.068. https://arxiv.org/abs/quant-ph/0509151.

[Unruh2001-5] Se ekvation 7.6 i W.G. Unruh (2001). ”Black Holes, Dumb Holes, and Entropy”. Physics meets Philosophy at the Planck Scale. Cambridge University Press. sid. 152–173

[Simple-6] P.M. Alsing, P.W. Milonni (2004). ”Simplified derivation of the Hawking-Unruh temperature for an accelerated observer in vacuum”. American Journal of Physics 72 (12): sid. 1524. doi:10.1119/1.1761064. https://arxiv.org/abs/quant-ph/0401170v2.

[Mueller-7] R. Mueller (1997). ”Decay of accelerated particles”. Physical Review D 56 (2): sid. 953–960. doi:10.1103/PhysRevD.56.953. https://arxiv.org/abs/hep-th/9706016.

[Vanzella-8] D.A.T. Vanzella, G.E.A. Matsas (2001). ”Decay of accelerated protons and the existence of the Fulling-Davies-Unruh effect”. Physical Review Letters 87 (15): sid. 151301. doi:10.1103/PhysRevLett.87.151301. https://arxiv.org/abs/gr-qc/0104030.

[Suzuki-9] H. Suzuki, K. Yamada (2003). ”Analytic Evaluation of the Decay Rate for Accelerated Proton”. Physical Review D 67 (6): sid. 065002. doi:10.1103/PhysRevD.67.065002. https://arxiv.org/abs/gr-qc/0211056.

[Bell-10] Bell, J. S.; Leinaas, J. M. (7 februari 1983). ”Electrons as accelerated thermometers”. Nuclear Physics B 212 (1): sid. 131–150. doi:10.1016/0550-3213(83)90601-6.

[Akhmedov-11] E.T. Akhmedov, D. Singleton (2007). ”On the physical meaning of the Unruh effect”. JETP Letters 86 (9): sid. 615–619. doi:10.1134/S0021364007210138. https://arxiv.org/abs/0705.2525.

[Martín-Martínez-12] E. Martín-Martínez, I. Fuentes, R. B. Mann (2011). ”Using Berry’s Phase to Detect the Unruh Effect at Lower Accelerations”. Physical Review Letters 107 (13): sid. 131301. doi:10.1103/PhysRevLett.107.131301. https://arxiv.org/abs/1012.2208.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]