物理学家：能实验证明盎鲁效应

2017-04-26 | 来源: 科学网 | 转到微信 | 有0人参与评论 | 字体: 放大缩小 | 收藏 | 打印

　　40多年前，一位着名的相对论学家作了一个惊人预测。任何在真空中恒速滑行者应该感到无比寒冷，而加速运动者会感觉到真空是温热的，这就是所谓的盎鲁效应。它似乎难以实际测量，但现在4名理论家声称设计了一种可实现的实验证实这一效应。但怀疑者认为，这肯定不会被证实的。

　　未参与该研究的美国得州农工大学理论物理学家和数学家Stephen Fulling说：“希望该实验能打消怀疑论者的论调。”但意大利佩斯卡拉国际相对论天体物理中心理论家Vladimir Belinski指出：“盎鲁效应完全讲不通，数学基础就是错误的。”

　　

　　盎鲁效应认为加速观察者能感受到真空变热了。图片来源：lkuni/iStockphoto

　　根据爱因斯坦的广义和狭义相对论，运动中的观察者和其他观察者看到的事物是不同的。假设你戴上手表站在一把米尺旁，而朋友以近光速从附近经过，她会看到尺子比一米短并且你的手表反常得慢。反过来，如果她也带着米尺和手表，你会看到相反的景象。

　　如果观察者在加速，这些现象还会变得更古怪。任何匀速运动的观察者测量真空的温度，结果都是绝对零度。但是加速的观察者会发现真空变热了。这就是加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学理论家William Unruh在1976年提出的预测。对于非加速者，真空不存在任何粒子。反之，加速的观察者会检测到光子雾和其他粒子。加速度越大，雾的温度就越高。

　　但该效应极其微弱，难以直接测量。要观测真空加热到1开尔文，观察者的加速度必须达到最好火箭加速度的10^17倍。但巴西圣保罗大学理论家Daniel Vanzella和同事认为，有可能通过研究电子辐射的光线检测到最关键的物质——加速观察者观测到的光子雾。

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　　其中的原理是：假设你射出一束横向穿越磁场的电子。基础物理学表明电子会在场中绕圈。此时，施加一个垂直的电场给予电子向上的作用力。在转圈的同时，这一束电子也会加速上升。这就定义了两个参考坐标系。在加速上升坐标系中，电子在转圈。在非加速的实验室坐标系中，电子束的轨迹则是拉伸的螺旋形。

　　Vanzella和同事开始分析加速坐标系，其中假设绕圈的电子遇到光子雾。电子既吸收光子也会向雾中辐射光子。奇怪的是，无论加速坐标系中电子吸收还是释放光子，在实验室坐标系中电子都是辐射光子。研究人员在近日发表在《物理评论快报》的论文中提到，能使用相对论预测实验室坐标系中辐射光子的光谱。

　　Vanzella表示，他们计算出在实验室坐标系中，释放光子的光谱应该指示出有额外的长波，但前提是加速坐标系中一开始就有光子雾。粗略来讲，加速坐标系中的光子雾加热了电子，使其在实验室坐标系中释放了更多光子。因此，该实验提供了一种测试盎鲁效应存在与否的方式：观察实验室坐标系中额外的长波光子，就能知道加速坐标系空间充满了光子。

　　怀疑者称这个实验不会成功，但理由不同。德国哥廷根大学理论家Detlev Buchholz表示，如果能正确分析这种情形，加速坐标系中根本不会有光子雾，“盎鲁效应根本不存在”他说。不过，Buchholz还称，真空相对加速观察者的确会变热，但却是因为量子不确定性和加速之间的相互作用引起的摩擦力。因此，这一实验可能会显示期望的结果，但不会揭示加速坐标系中假想的光子雾。

　　相反，美国路易斯安那州立大学理论家Robert O’Connell却坚称，在加速坐标系中存在光子雾。不过，他认为不可能从雾中抽取能量，产生实验室坐标系中的额外辐射。O’Connell引用了一点基础物理知识——涨落耗散定理，该定理是指与热环境相互作用的粒子从环境中吸取多少能量，就会相应地释放多少能量。因此，他认为，盎鲁的光子雾的确存在，但该实验无论怎么都不会产生期望的信号。

　　而同样来自圣保罗州立大学的理论家、论文作者George Matsas称，他正在寻找有兴趣进行该实验的科学家。Matsas表示，通过现在已有的粒子加速器和电磁体就能实现该实验。“论文中的参数已经根据实际情况设计好了。”

　　不过，即便实验结果如同预期，人们针对盎鲁效应的争论似乎仍然不会停止。