Midiendo el Efecto Unruh Con Óptica Cuántica

^{Lando Calrissian se dirige al hiperespacio (Star Wars). Un objeto que se acelera, como una nave estelar que viaja a velocidades relativistas (cercanas a la velocidad de la luz), debería generar lluvias de partículas que brillan débilmente, según el fenómeno predicho conocido como efecto Unruh.}

Por Inés Urdaneta / Fisico e investigador de Resonance Science Foundation

El principio de equivalencia de Einstein establece que la gravedad y la aceleración son indistinguibles entre sí. El mejor ejemplo para ver esto, es situarse dentro de un ascensor. Inicialmente está estático en un piso, y cuando empieza a moverse hacia arriba (es decir, se acelera o cambia de velocidad) uno se siente empujado hacia el piso, como si fuera arrastrado por la gravedad, aunque el efecto proviene de una aceleración en sentido contrario.

Ahora, imaginemos que un objeto está en el espacio, en un vacío perfecto; un entorno supuestamente sin fricción, y se acelera de repente. La primera pregunta que surge es ... ¿cómo puede moverse, si no hay nada contra lo cual hacer fricción? Necesita una fuente externa de aceleración. En el caso de un cohete, el propulsor desempeña ese papel: imparte impulso lineal en una dirección para que el cohete pueda ganar impulso y moverse en la dirección opuesta. Las velocidades obtenidas por este medio están muy lejos de las velocidades relativistas (están muy lejos de la velocidad de la luz). 

En el caso de una nave espacial interestelar, recordamos la típica imagen que muestra una nave espacial que, al alcanzar altísimas velocidades, de repente se ve inmersa en un campo de destellos, lo que en principio sería imposible en el vacío absoluto, entonces ¿de dónde viene ese resplandor? Tendría que venir de una fricción contra el vacío. Aquí es donde entran en juego las fluctuaciones electromagnéticas del vacío cuántico, infinitamente energéticas. La única explicación plausible sería que la nave espacial está interactuando con las fluctuaciones del vacío en un marco de referencia acelerado. Y cuando esta interacción da lugar a una radiación térmica (una medida de la energía cinética, asociada a las partículas), esto se llama efecto Unruh.

^{@ http://www.scholarpedia.org/article/Unruh_effect}

La teoría cuántica de campos predice que un observador bajo aceleración observará un baño térmico, como la radiación del cuerpo negro; el fondo parece estar caliente desde un marco de referencia en aceleración. Y la radiación térmica, conocida como radiación de Unruh, sería una medida de la energía cinética emitida por las partículas de Unruh que resultan de la interacción del objeto en aceleración con las fluctuaciones del vacío.  

Debido al principio de equivalencia, si el efecto Unruh procede de la aceleración, la contrapartida gravitatoria de emisión de luz sería la radiación de Hawking, un halo de luz casi imperceptible que Hawking predijo que debía salir de los agujeros negros al evaporarse lentamente. Por tanto, la analogía se mantiene, la radiación de Hawking sería la radiación térmica procedente de las partículas creadas en el horizonte de sucesos de un agujero negro.

Desde la perspectiva de la relatividad, el efecto Unruh sería la evidencia experimental de una especie de "fricción contra el vacío", o arrastre del marco, que resulta en la generación de calor, o radiación térmica. El problema es que para probar este efecto en el laboratorio se requieren aceleraciones muy superiores a las que podemos crear, del orden de miles de millones de veces el campo gravitatorio, como explica el vídeo de abajo.

Sin embargo, el efecto puede probarse desde la perspectiva de la mecánica cuántica.  Un trabajo publicado en Physics Review Letters muestra una forma inteligente de probar el efecto utilizando átomos en un laboratorio, manipulando las propiedades cuánticas del sistema, es decir, estableciendo las condiciones experimentales en las que las interacciones de la materia luminosa a escala atómica potencian la emisión estimulada, con respecto a otras respuestas del átomo al campo, como la emisión espontánea y la absorción de luz. La potenciación de la emisión estimulada es tal, que podría ser detectada en laboratorio, compensando el requisito de una aceleración extrema. Los autores encuentran las condiciones teóricas para que este efecto pueda ser medido de forma realista, proponiendo un montaje experimental tan sencillo, que muchos laboratorios de las universidades podrían realizarlo.

Además, dado que el principio de equivalencia relaciona el efecto Unruh con el efecto Hawking, esto sugiere la existencia de análogos inducidos por la gravedad de los nuevos fenómenos que los autores encuentran en este estudio, como la estimulación de la radiación Hawking.

RSF en perspectiva:

En un reciente artículo de RSF, escrito por el biofísico William Brown, se discute otra configuración mecánico-cuántica en la que el entrelazamiento sería el mecanismo que permitiría la detección de la radiación de Hawking en un condensado de Bose Einstein que sirve como análogo óptico para un agujero negro-blanco en un marco de co-movimiento.

Estos análogos de laboratorio son extremadamente importantes para sondear y explorar las propiedades de los agujeros negros, que son fundamentales para la teoría del campo unificado desarrollada por Nassim Haramein, y en la que los agujeros negros cosmológicos tienen un comportamiento análogo al de las partículas, mientras que las partículas subatómicas, como los protones, son análogas a los agujeros negros de escala cuántica.

Los agujeros negros cosmológicos son extremadamente relevantes en el marco de una teoría unificada, ya que son objetos cuánticos macroscópicos. Son un puente natural entre la teoría cuántica de campos y la relatividad general, dado que los agujeros negros tienen enormes efectos gravitacionales. La gravedad cuántica está, por tanto, inequívocamente relacionada con los agujeros negros, como ha demostrado la teoría holográfica generalizada de Haramein [1,2]. 

 

Referencias

[1]  Haramein N., Quantum Gravity and the Holographic Mass, Physical Science International Journal, Page 270-292 (2013)

[2] Haramein, N., The Schwarzschild Proton,  AIP Conference Proceedings 1303, 95 (2010).