In naher Zukunft planen Wissenschaftler die Durchführung eines neuen Experiments, das einen indirekten Test der berühmtesten Vorhersage des berühmten Physikers Stephen Hawking über Schwarze Löcher bieten kann.
Wissenschaftler glauben, dass sie, indem sie das Atom unsichtbar machen, in der Lage sein werden, das ätherische Quantenglühen zu sehen, das Objekte umhüllt, die sich mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Der als Unruh- (oder Davies-Unruh-) Effekt bezeichnete Glüheffekt bewirkt, dass der Raum um sich schnell beschleunigende Objekte mit einem Schwarm virtueller Partikel gefüllt erscheint und diese Objekte in ein warmes Leuchten taucht. Da dieser Effekt eng mit dem Hawking-Effekt verwandt ist, bei dem virtuelle Teilchen, die als Hawking-Strahlung bekannt sind, spontan an den Rändern von Schwarzen Löchern erscheinen, haben Wissenschaftler lange versucht, das eine als Hinweis auf die Existenz des anderen zu entdecken. Aber es ist unglaublich schwierig, einen Effekt zu bemerken. Hawking-Strahlung tritt nur um den monströsen Abgrund eines Schwarzen Lochs auf, und wahrscheinlich wäre ein Warpantrieb erforderlich, um die für den Unruh-Effekt erforderliche Beschleunigung zu erreichen.
Wissenschaftlern zufolge haben sie jedoch einen Mechanismus entdeckt, der es ermöglicht, die Kraft des Unruh-Effekts mit einer Technik, die Materie effektiv unsichtbar machen kann, dramatisch zu steigern.
"Dies ist ein schwieriges Experiment, und es gibt keine Garantie, dass wir es durchführen können, aber diese Idee ist unsere heilige Hoffnung.".
Der Unruh-Effekt, der erstmals in den 1970er Jahren von Wissenschaftlern vorgeschlagen wurde, ist eine der vielen Vorhersagen der Quantenfeldtheorie. Nach dieser Theorie gibt es kein leeres Vakuum. Tatsächlich ist jede Tasche im Weltraum mit unendlichen Schwingungen im Quantenmaßstab gefüllt, die, wenn ihnen genügend Energie zugeführt wird, spontan in Teilchen-Antiteilchen-Paare explodieren können, die sich fast sofort gegenseitig vernichten. Und jedes Teilchen, ob Materie oder Licht, ist einfach eine lokalisierte Anregung dieses Quantenfeldes.
1974 sagte Stephen Hawking voraus, dass die extreme Gravitationskraft, die an den Rändern von Schwarzen Löchern, ihren Ereignishorizonten, zu spüren ist, auch virtuelle Teilchen erzeugen würde.
Gemäß Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie verzerrt die Schwerkraft die Raumzeit, sodass Quantenfelder stärker verzerrt werden, je näher sie der enormen Anziehungskraft der Singularität des Schwarzen Lochs kommen. Aufgrund der Unsicherheit und Seltsamkeit der Quantenmechanik verzerrt dies das Quantenfeld und erzeugt unregelmäßige Taschen mit ungleichmäßiger Zeitbewegung und anschließenden Energieausbrüchen im gesamten Feld. Es sind diese Energieinkonsistenzen, die dazu führen, dass virtuelle Teilchen scheinbar aus dem Nichts an den Rändern von Schwarzen Löchern erscheinen.
Wie der Hawking-Effekt erzeugt auch der Unruh-Effekt virtuelle Teilchen durch eine seltsame Verschmelzung von Quantenmechanik und relativistischen Effekten, die von Einstein vorhergesagt wurden.
Um den Unruh-Effekt zu testen, planen Wissenschaftler den Bau eines Teilchenbeschleunigers im Labor, der ein Elektron durch Bestrahlung mit einem Mikrowellenstrahl auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen soll. Wenn sie den Effekt nachweisen können, wollen sie Experimente damit durchführen, insbesondere solche, die es ihnen erlauben, mögliche Verbindungen zwischen Einsteins Relativitätstheorie und der Quantenmechanik zu erforschen.
"Die Allgemeine Relativitätstheorie und die Theorie der Quantenmechanik gehen derzeit noch etwas auseinander, aber es muss eine vereinheitlichende Theorie geben, die beschreibt, wie alles im Universum funktioniert", sagte Co-Autor Achim Kempf, Professor für angewandte Mathematik an der University of Waterloo. „Wir haben nach einer Möglichkeit gesucht, diese beiden großen Theorien zusammenzubringen, und diese Arbeit hilft uns dabei, indem sie Möglichkeiten eröffnet, neue Theorien auf der Grundlage von Experimenten zu testen.“.
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