Rayonnement Unruh

Rayonnement Unruh est la prédiction selon laquelle un observateur accélérant dans un espace vide détectera un bain chaud de particules, même si un observateur au repos dans la même région ne voit que le vide. Développé pour la première fois par William Unruh en 1976, il montre que la notion même d'« espace vide » dépend de l'état de mouvement de l'observateur.

La température d'Unruh

La température enregistrée par un détecteur accélérateur est entièrement définie par son accélération appropriée. a:

T = ħa / (2π c k_B)

Voici ħ la constante de Planck réduite, c la vitesse de la lumière, et k_B Constante de Boltzmann. La température est étonnamment basse : pour produire ne serait-ce qu'un kelvin, il faut une accélération d'environ 10²⁰ m/s², c'est pourquoi l'effet n'a jamais été mesuré directement. Il s’agit cependant d’une prédiction solide de la théorie quantique des champs dans un espace-temps plat.

Pourquoi le mouvement modifie le vide

Dans la théorie quantique des champs, le vide est l'état d'énergie le plus bas, mais la manière dont l'énergie est divisée en particules dépend de la manière dont l'observateur définit le temps. Un observateur inertiel et un observateur à accélération uniforme utilisent des coordonnées temporelles différentes, ils divisent donc le champ en différents ensembles de modes de particules. Ce que l'observateur inertiel appelle « aucune particule », l'observateur accélérateur – confiné au Coin Rindler — décrit comme une distribution thermique de quanta réels et détectables.

Connexion au rayonnement Hawking

L'effet Unruh est le cousin de l'espace-temps plat de Rayonnement de Hawking. Près d'un horizon de trou noir, un observateur en vol stationnaire doit accélérer pour éviter de tomber, et la température qu'il mesure correspond à la formule d'Unruh avec a égale à la gravité locale de la surface. L’étude du rayonnement d’Unruh dans un espace plat isole donc le rôle de l’horizon et de l’accélération sans les complications d’un espace-temps courbe, ce qui en fait la pierre angulaire des travaux modernes sur les horizons, l’entropie et l’information.

Une idée fausse courante

Le rayonnement Unruh n'est pas une énergie créée à partir de rien. Les particules absorbées par le détecteur accélérateur sont payées par l’agent fournissant la force qui maintient le détecteur en accélération. Les économies d'énergie sont valables ; l'effet révèle simplement que le « nombre de particules » n'est pas une quantité absolue mais dépend de l'observateur.