Ну раз уж мы заговорили про физический вакуум и виртуальные частицы, расскажу про...

День 12: излучение Унру

#adventOfUniverse

Вчера я рассказал, что считается, что даже вакуум на самом деле "бурлит", полный виртуальных частиц (а если быть точнее, флуктуаций квантовых полей). Так вот, есть одно удивительное теоретическое предсказание: понятие вакуума зависит от наблюдателя! Там, где покоящийся наблюдатель видит вакуум, ускоряющийся видит поток частиц, летящих навстречу ему.

Стоп, что? Получается так. В зависимости от точки зрения, вы либо видите вакуум, либо совсем не вакуум. Давайте разбираться.

Шаг первый: в теории относительности течение времени зависит от выбора координат (все помнят парадокс близнецов?). Энергия частицы в свою очередь зависит от времени: простой способ это представить это вспомнить, что полная энергия частицы состоит из энергии покоя (Е=mc²) и кинетической энергии (как быстро частица летит/каков ее импульс), по крайней мере для достаточно медленной частицы. Энергия покоя не меняется с переходом в другую систему координат. А вот импульс частицы зависит от ее скорости/в какой системе координат мы рассматриваем частицу. То есть, энергия частицы зависит от системы координат.

Шаг второй: Обычно поле в среднем в вакуумном состоянии равно нулю, так что в нем в среднем число частиц-возмущений тоже равно нулю. Но это не обязательно так: например, для поля Хиггса оно отличается от нуля (т.е. в вакуумном состоянии всегда есть какое-то количество "частиц"). Энергия поля определяет, сколько частиц будет в этом поле. Если его минимум в состоянии, где число частиц равно нулю, то частиц не будет. Но оно может достичь минимума и в состоянии, где частиц больше нуля. И это ровно тот случай с излучением Унру: мы меняем систему координат, меняется определение энергии, меняется ее минимальное значение, в минимуме энергии могут оказаться частицы.

Шаг третий: Это все показывает, что само определение того, что мы понимаем под "частицей" зависит от системы координат. Это, кстати, лишний раз подчеркивает несостоятельность конецпции "частиц" как таковой, о чем я писал раньше: у нас есть только квантовые поля и их возмущения, которые описываются волновыми функциями. Если смотреть на ситуацию с точки зрения квантового поля, все чуть более интуитивно.

Шаг четвертый: Излучение Унру напрямую связано с излучением Хокинга (напомню, что это такой эффект испарения черных дыр). Там точно тот же эффект, только роль ускорения играет гравитация.

Остается вопрос: это чисто теория или мы когда-нибудь сможем это наблюдать? По идее, достаточно просто взять детектор и ускорить его достаточно, чтобы он начал видеть поток частиц. Более того, говорят, в некоторых экспериментах уже наблюдали, но это не точно.

#кванты #ОТО #космология #объясняю