盎鲁效应的可能实验证明

40多年前，一位著名的相对论理论家做出了一个惊人的预测。任何在真空中匀速滑行的观察者应该是感到无比寒冷的，而加速运动的观察者会感觉到真空是温热的。这一预言被称作盎鲁效应，似乎看起来难以实际进行测量，但现在四名理论家声称他们设计了一种可实现的实验，能够证实这一效应。怀疑者称肯定不会被证实的，但是因为相反的原因。

未参与该研究的卡城德州农工大学的理论物理学家和数学家Stephen Fulling说道：“希望能打消怀疑论者的论调。”但意大利佩斯卡拉国际相对论天体物理中心网络的理论家Vladimir Belinski称：“盎鲁效应完全讲不通，数学基础就是错误的。”

Digital art by Les Bossinas，NASA

根据爱因斯坦的广义和狭义相对论，运动中的观察者和其他观察者看到的事物是不同的。假设你戴上手表站在米尺的旁边，如果你的朋友以近光速从附近经过，她会看到尺子比一米短并且你的手表走得慢。反过来，如果她也带着米尺和手表，你会看到相反的景象。

如果观察者在加速，这种现象还会变得更为古怪。任何匀速运动的观察者测量真空的温度得到的都是绝对零度。但是加速的观察者会发现真空变热了。这就是加拿大温哥华的不列颠哥伦比亚大学的理论家威廉·盎鲁在1976年提出的预测内容。对于非加速观测者，真空不存在任何粒子，因此如果拿着粒子检测器，检测器将检测不到任何碰撞。反之，盎鲁争论道，加速的观察者会检测到光子迷雾和其他的粒子。加速度越大，迷雾的温度就越高。

该效应极其微弱，难以直接测量。要观测真空加热到1开尔文，观察者必须达到最好的火箭加速度的10^17(英美制，或者是10^26，欧洲制)倍。但巴西圣卡洛斯的圣保罗大学理论家Daniel Vanzella和他的同事认为有可能通过研究电子辐射的光线检测到最关键的物质——加速观察者观测到的光子迷雾。

这是其中的原理：假设你射出一束横向穿越磁场的电子。基础物理学表明电子会在场中绕圈。此时，施加一个垂直方向的电场赋予电子向上的作用力。在转圈的同时，这一束电子也会加速上升。这些设置就定义了两个参考坐标系。在加速上升的电子坐标系中，电子在转圈。在非加速的实验室坐标系(世界坐标系)中，电子束的轨迹则是拉伸的螺丝锥。

V. Altounian/Science, adapted from Adrian Cho

Vanzella和他的同事开始分析加速坐标系，其中假设绕圈的电子遇到光子迷雾。电子既会吸收光子也会向迷雾中辐射光子。奇怪的是，无论加速坐标系中电子吸收还是释放光子，在实验室坐标系中电子都是辐射出光子。他们在发表在物理评论快报的论文中提到，使用相对论预测实验室坐标系中辐射光子的光谱。

他们计算出在实验室坐标系中，释放光子的光谱应该指示出有额外的长波，但前提是加速坐标系中开始就有光子迷雾才行。大致上讲，加速坐标系中的光子迷雾加热了电子，使其在实验室坐标系中略微多释放了一点光子。因此，该实验提供了一种测试盎鲁效应存在与否的方式：观察实验室坐标系中额外的长波光子，就能知道加速坐标系空间充满了光子。(总结一下就是，如果在实验室坐标系中存在额外的长波，那么就说明加速坐标系中最开始就有光子迷雾，那么光子迷雾从哪里来？只能是盎鲁效应产生的。)

怀疑者称这个实验不会成功，但理由不同。德国哥廷根大学理论家Detlev Buchholz称，如果正确分析这种情形(真空中加速)的话，加速坐标系中根本不会有光子迷雾，“盎鲁效应根本不存在！”不过，Buchholz称，真空相对加速观察者的确会变热，但却是因为量子不确定性和加速之间的相互作用引起的摩擦力。因此，这一实验可能会显示期望的结果，但不会揭示加速坐标系中假想的光子迷雾。

相反，巴吞鲁日的路易斯安那州立大学的理论家Robert O’Connell却坚称在加速坐标系中存在光子迷雾。不过，他认为不可能从迷雾中抽取出能量产生实验室坐标系中的额外辐射。O’Connell引用了一点基础的物理知识，名为涨落耗散定理。该定理是指与热环境相互作用的粒子从环境中吸取多少能量，就会相应地释放多少能量。因此，他争论道，盎鲁的光子迷雾的确存在，但该实验无论怎么都不会产生期望的信号。

同样来自圣保罗州立大学的理论家、论文作者George Matsas称他正在寻找有意于实现该实验的实验家。Matsas称通过现在已有的粒子加速器和电磁体就能实现该实验：“文中的参数已经根据实际情况设计好了。”不过即便实验结果如同预期，盎鲁效应的争论似乎仍然不会停止。

本文译自 sciencemag，由 CliffBao 编辑发布。