Un objet en accélération, tel qu’un vaisseau spatial voyageant à des vitesses relativistes (proches de la vitesse de la lumière), devrait générer des gerbes de particules faiblement lumineuses, selon le phénomène prédit connu sous le nom d’effet Unruh.
Le principe d’équivalence d’Einstein stipule que la gravité et l’accélération ne peuvent être distinguées l’une de l’autre. Le meilleur exemple pour illustrer ce principe est de se placer à l’intérieur d’un ascenseur. Au départ, il est statique à un étage, et lorsqu’il commence à se déplacer vers le haut (c’est-à-dire qu’il accélère ou change de vitesse), on se sent poussé vers le sol, comme si on était attiré par la gravité, même si l’effet provient d’une accélération dans la direction opposée.
Imaginons maintenant qu’un objet se trouve dans l’espace, dans un vide parfait, un environnement supposé sans frottement, et qu’il accélère soudainement. La première question qui se pose est la suivante : comment peut-il se déplacer s’il n’y a rien qui le pousse ? Il lui faut une source d’accélération. Dans le cas d’une fusée, c’est le propergol qui joue ce rôle : il emporte une quantité de mouvement linéaire dans une direction afin que la fusée puisse prendre de l’élan et se déplacer dans la direction opposée. Les vitesses obtenues par ce moyen sont très éloignées des vitesses relativistes (elles sont très éloignées de la vitesse de la lumière).
Dans le cas d’un vaisseau spatial interstellaire, nous nous souvenons de l’image typique d’un film de science-fiction, montrant un vaisseau spatial qui, lorsqu’il atteint des vitesses extrêmement élevées, est soudainement immergé dans un bain de champ de rayonnement, ce qui serait en principe impossible dans le vide complet. Par conséquent, d’où vient cette lueur ? Elle doit provenir du frottement contre le vide. C’est là que les fluctuations électromagnétiques du vide quantique infiniment énergétique entrent en jeu. La seule explication plausible serait que le vaisseau spatial interagit avec les fluctuations du vide dans un cadre accéléré. Et lorsque cette interaction se traduit par un rayonnement thermique (une mesure de l’énergie cinétique, associée aux particules), on parle d’effet Unruh.
@ https://www.scholarpedia.org/article/Unruh_effect
La théorie quantique des champs prédit qu’un observateur soumis à une accélération observera un bain thermique, comme le rayonnement d’un corps noir ; l’arrière-plan semble être chaud à partir d’un cadre de référence en accélération. Le rayonnement thermique, connu sous le nom de rayonnement d’Unruh, serait une mesure de l’énergie cinétique émise par les particules d’Unruh qui résultent de l’interaction de l’objet accéléré avec les fluctuations du vide.
En raison du principe d’équivalence, si l’effet Unruh provient de l’accélération, la contrepartie gravitationnelle rayonnée serait le rayonnement Hawking, un halo de lumière presque imperceptible qui, selon les prédictions de Hawking, devrait s’échapper des trous noirs au fur et à mesure de leur lente évaporation. Par conséquent, l’analogie est valable, le rayonnement de Hawking serait le rayonnement thermique provenant des particules créées à l’horizon des événements d’un trou noir.
Du point de vue de la relativité, l’effet Unruh serait une preuve expérimentale d’une sorte de « friction contre le vide », ou d’effet Lense-Thirring, qui entraîne la production de chaleur ou de rayonnement thermique. Le problème est que pour tester cet effet en laboratoire, il faut des accélérations bien supérieures à ce que nous pouvons créer, de l’ordre de milliards de fois le champ gravitationnel, comme l’explique la vidéo ci-dessous (en anglais).
Néanmoins, l’effet peut être testé du point de vue de la mécanique quantique. Un travail publié dans Physics Review Letters montre une manière intelligente de tester l’effet en utilisant des atomes en laboratoire, en manipulant les propriétés quantiques du système, c’est-à-dire en trouvant les conditions expérimentales dans lesquelles les interactions lumière-matière à l’échelle atomique renforcent l’émission stimulée, par rapport aux autres réponses atomiques au champ, telles que l’émission spontanée et l’absorption de la lumière. L’amélioration de l’émission stimulée est telle qu’elle pourrait être détectée en laboratoire, compensant ainsi l’exigence d’une accélération extrême et irréalisable. Les auteurs trouvent les conditions théoriques pour que cet effet puisse être mesuré de manière réaliste par l’intensité de l’émission stimulée dans un cadre accéléré, en proposant un dispositif expérimental si simple que de nombreux laboratoires universitaires pourraient le mettre en place.
En outre, comme le principe d’équivalence relie l’effet Unruh à l’effet Hawking, cela suggère l’existence de phénomènes analogues induits par la gravité de nouveaux phénomènes que les auteurs trouvent dans cette étude, tels que la stimulation du rayonnement Hawking.
Points clés :
Dans un article récent, le biophysicien William Brown discute d’une autre configuration de mécanique quantique, où l’intrication serait le mécanisme permettant la détection du rayonnement de Hawking dans un condensat de Bose Einstein qui sert d’analogie optique avec un trou blanc-noir dans un cadre de co-mouvement.
Ces modèles analogues de laboratoire sont extrêmement importants pour sonder et explorer les propriétés des trous noirs, qui sont à la base de la théorie unifiée des champs développée par Nassim Haramein, et dans laquelle les trous noirs cosmologiques ont un comportement analogue à celui des particules, tandis que les particules subatomiques telles que les protons sont analogues aux trous noirs à l’échelle quantique.
Les trous noirs cosmologiques sont extrêmement importants dans le cadre d’une théorie unifiée, car ce sont des objets quantiques macroscopiques. Ils constituent un pont naturel entre la théorie quantique des champs et la relativité générale, puisque les trous noirs ont des effets gravitationnels considérables. La gravité quantique est donc liée sans ambiguïté aux trous noirs, comme l’a prouvé la théorie holographique généralisée de Haramein [1,2].
Références
[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).
