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Effet Unruh

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L'effet Unruh, parfois aussi appelé radiation de Fulling-Davies-Unruh, prédit qu'un observateur en mouvement uniformément accéléré observera un rayonnement de corps noir, là où un observateur dans un référentiel inertiel n'en verra pas. Autrement dit, l'observateur en mouvement uniformément accéléré se retrouvera dans un environnement chaud à une température T. Il fut découvert (théoriquement) en par Stephen Fulling (en)[1] puis en par Paul Davies[1] et en par William Unruh[1] de l'université de la Colombie-Britannique, mais n'a pas encore été mis expérimentalement en évidence.

L'effet Unruh décrit la détection des fluctuations du vide quantique[2] par un observateur de Rindler[3],[4] — c.-à-d. uniformément accéléré dans l'espace-temps plat de la relativité restreinte — et comme rayonnement thermique dont la température est dite température d'Unruh[5]. Contrairement à l'effet Casimir, les particules virtuelles ne se manifestent pas à cause d'une modification du champ électromagnétique. Leur fréquence se décale à la suite du déplacement accéléré de l'observateur, selon un mécanisme proche de l'effet Doppler relativiste.

Historique

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Les éponymes de l'effet Fulling-Davies-Unruh[6],[7],[8] sont Stephen Fulling, Paul Davies et William Unruh. Fulling découvre en -[9],[10] que, dans l'espace-temps de Minkowski, le vide n'a pas de particules par rapport aux opérateurs inertiels de création et d'annihilation mais a des particules par rapport aux opérateurs accélérés[11]. Davies découvre en [12],[13] que les particules ont un spectre de corps noir dont la température est donnée par a/2π où a est l'accélération constante de l'observateur[11]. Unruh découvre en [14],[15] découvre l'interprétation correcte des particules[11].

Expression mathématique

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On obtient le rapport entre la température du corps noir et l'accélération grâce à la formule[16] :

,

où :

Par exemple, une accélération de 9,81 m/s2 donne un rayonnement de 3,98 × 10−20 K.

Lien avec l'évaporation des trous noirs

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L'effet Unruh constitue un analogue cinématique au rayonnement des trous noirs, prédit par Stephen Hawking. En effet, le principe d'équivalence d'Einstein indique que les effets (locaux) d'un champ gravitationnel sont en tous points semblables aux effets d'une accélération uniforme. En conséquence, l'attraction d'un trou noir provoquerait l'apparition d'un rayonnement de corps noir, comme le prévoit le physicien britannique. En fait, par rapport à l'évaporation des trous noirs, l'effet Unruh est même bien plus facile à décrire conceptuellement (il ne nécessite pas la relativité générale), même s'il fut découvert après cette dernière, dont il est une conséquence relativement immédiate.

Notes et références

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  1. ↑ a b et c Penrose 2016, chap. 3, sec. 3.7, p. 284.
  2. ↑ Grumiller, McNees et Salzer 2014, sec. 2.3, s.v. Unruh effect, p. 36.
  3. ↑ Carroll 2019, p. 411.
  4. ↑ Ohnishi et Takagi 1991, § 1, p. 540.
  5. ↑ Mukhanov et Winitzki 2007, p. 98.
  6. ↑ Fabbri et Navarro-Salas 2005, chap. 4, sec. 4.3, § 4.3.3, p. 167.
  7. ↑ Parker et Toms 2009, chap. 2, sec. 2.14, p. 92.
  8. ↑ Penrose 2016, chap. 3, p. 284.
  9. ↑ Parker et Toms 2009, références, p. 433.
  10. ↑ Fulling 1973.
  11. ↑ a b et c Parker et Toms 2009, chap. 2, sec. 2.14, p. 91.
  12. ↑ Parker et Toms 2009, références, p. 430.
  13. ↑ Davies 1975.
  14. ↑ Parker et Toms 2009, références, p. 443.
  15. ↑ Unruh 1976.
  16. ↑ Nathaniel Obadia, Le modèle de Davies-Fulling. Un modèle pour la radiation de Hawking. (thèse de l'université de Tours), , 238 p. (lire en ligne)

Voir aussi

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Bibliographie

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Dictionnaires et encyclopédies

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Publications historiques

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Articles connexes

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Liens externes

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