UnruhEffekt

Der Unruh-Effekt ist eine Vorhersage der Quantenfeldtheorie, nach der ein uniform beschleunigter Beobachter die Vakuumzustand des Minkowski-Raums als thermisches Medium wahrnimmt. Er wurde 1976 von William G. Unruh formuliert. Für einen konstant beschleunigten Beobachter erscheint das Quantenfeld als Thermalbad mit einer Temperatur, die von der Beschleunigung abhängt.

In der Quantenfeldtheorie ist die Definition von Teilchen observerabhängig; durch Bogoliubov-Transformationen zwischen Minkowski- und Rindler-Moden ergibt sich für den beschleunigten Beobachter eine thermische Verteilung der Quanta. Die Temperatur des Unruh-Effekts wird durch T_U = ħ a / (2π k_B c) bestimmt, wobei a die lokale Beschleunigung, c die Lichtgeschwindigkeit, k_B die Boltzmann-Konstante und ħ das reduzierte Plancksche Wirkungsquantum ist.

Die Effekte sind extrem klein: Schon bei beschleunigungen, die als unerreichbar hoch gelten, ergibt sich eine messbare Temperatur erst ab enorm großen Werten. Zur Orientierung: Um eine Temperatur von etwa 1 K zu erreichen, benötigt man eine Beschleunigung von rund 2×10^20 m/s^2; für Raumtemperatur (≈300 K) etwa 10^22–10^23 m/s^2. Solche Werte liegen weit über dem, was Labore derzeit erreichen können, weshalb direkte Experimente bislang schwierig sind.

Direkte experimentelle Beobachtungen des Unruh-Effekts stehen bislang aus. Es werden jedoch verschiedene Ansätze diskutiert, darunter die Nutzung hochintensiver Laserfelder, Elektronenbahnen in Teilchenbeschleunigern oder analoger Systeme in kondensierter Materie, Optik oder Quanten-Schaltungen, in denen sich die Effekte indirekt nachweisen lassen könnten. Bislang bleiben eindeutige Belege umstritten.

Der Unruh-Effekt steht im engen Zusammenhang mit Hawking-Strahlung und der Anwendung der Äquivalenzprinzipien in der Quantenfeldtheorie in gekrümmtem Raum. Er dient als theoretisches Beispiel dafür, wie Beobachterperspektiven physikalische Phänomene beeinflussen.