理论物理学充满了奇异而精彩的概念：虫洞、量子泡沫和多元宇宙，仅举几例。问题在于，尽管这些事物很容易从理论家的方程式中涌现出来，但实际上不可能在实验室环境中创造和测试它们。但对于这样一种“无法检验”的理论，实验装置可能即将出现。
麻省理工学院和安大略省滑铁卢大学的研究人员表示，他们找到了一种测试昂鲁效应的方法，这是一种奇怪的现象，预计会从在空旷空间中移动的物体中产生。如果科学家能够观察到这种效应，这项壮举可能会证实一些关于黑洞物理学的长期假设。他们的提案发表在 2022 年 4 月的《物理评论快报》上。
如果你能亲眼观察到昂鲁效应，它可能看起来有点像在《千年隼号》中跳跃到超空间——一道突如其来的光芒沐浴着你对原本漆黑虚空的视野。当物体在真空中加速时，它会被一层温暖的发光粒子外衣包裹起来。加速度越快，光芒就越温暖。“这非常奇怪”，因为真空按定义应该是空的，麻省理工学院的量子物理学家维维谢克·苏德希尔是该研究的合著者之一解释说。“你知道，这从哪里来的？”
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它的来源与所谓的空旷空间并非完全空旷有关，而是充满了重叠的高能量子场。这些场中的涨落可以产生光子、电子和其他粒子，并且可以被加速体激发。本质上，一个在充满场的真空中高速运动的物体会拾取一部分场的能量，然后将其重新发射为昂鲁辐射。
该效应以理论物理学家威廉·G·昂鲁的名字命名，他在 1976 年描述了他同名的现象。但另外两位研究人员——数学家斯蒂芬·A·富林和物理学家保罗·戴维斯——在昂鲁之后三年内（分别在 1973 年和 1975 年）独立计算出了该公式。
“我清楚地记得它，”现任亚利桑那州立大学摄政教授的戴维斯说。“我是在妻子的梳妆台上进行计算的，因为我没有书桌或办公室。”
一年后，戴维斯在一次会议上遇到了昂鲁，昂鲁在会上就他最近的突破发表演讲。戴维斯惊讶地听到昂鲁描述的现象与他自己梳妆台计算中出现的现象非常相似。“所以我们在会后在酒吧聚在一起，”戴维斯回忆道。两人很快开始了持续数年的合作。
戴维斯、富林和昂鲁都从纯理论的角度进行他们的工作；他们从未期望任何人围绕它设计一个现实世界的实验。随着技术的进步，曾经被归入理论世界的思想，例如引力波和希格斯玻色子，可以达到实际观测的范围。事实证明，观察昂鲁效应可能有助于巩固另一个遥远的物理学概念。
“人们研究昂鲁效应的原因不是因为他们认为加速观察者如此重要，”密歇根州立大学物理学、天文学、分子遗传学和微生物学教授克里斯托夫·阿达米说，他没有参与这项研究。“他们研究这个是因为它与黑洞物理学直接相关。”
基本上，昂鲁效应是一种更著名的物理现象的反面：霍金辐射，以已故物理学家斯蒂芬·霍金的名字命名，他理论上认为，当黑洞缓慢蒸发时，应该会从黑洞中发出几乎无法察觉的光晕。
在霍金辐射的情况下，那种温暖、模糊的效果本质上是粒子被引力拉入黑洞的结果。但对于昂鲁效应，这是一个加速度的问题——根据爱因斯坦的等效原理，加速度在数学上与引力相等。
想象一下你站在电梯里。随着一阵震动，轿厢冲到下一层，你会在瞬间感到自己被拉向地板。从你的角度来看，“这与地球引力突然增强基本上无法区分，”苏德希尔说。
他说，从数学角度来看，情况也是如此。“就这么简单：引力和加速度之间存在等效性，”苏德希尔补充道。
尽管昂鲁效应在理论上非常突出，但科学家们尚未观察到它。（他们也没有设法看到霍金辐射。）这是因为昂鲁效应长期以来被认为在实验上极其难以测试。在大多数情况下，研究人员需要使物体承受荒谬的加速度——超过地球引力的 25 千万亿 倍——才能产生可测量的发射。或者，可以使用更容易实现的加速度——但在这种情况下，产生可检测效应的概率将非常低，以至于这样的实验需要连续运行数十亿年才能产生有用的结果。然而，苏德希尔和他的合著者认为他们已经找到了一个漏洞。
研究人员意识到，通过用磁场抓住真空中的单个电子，然后通过精心配置的光子浴加速它，他们可以“刺激”粒子，人为地将其提升到更高的能量状态。这种增加的能量倍增了加速度的效果，这意味着，使用电子本身作为传感器，研究人员可以挑选出粒子周围的昂鲁辐射，而无需施加如此多的 g 力（或不必等待数亿年）。
不幸的是，能量增强光子浴也会通过放大真空中的其他量子场效应来增加背景“噪声”。“这正是我们不想发生的事情，”苏德希尔说。但是，通过仔细控制电子的轨迹，实验者应该能够消除这种潜在的干扰——苏德希尔将这个过程比作在粒子上披上隐形斗篷。
与大多数其他尖端粒子物理实验所需的设备不同，例如日内瓦附近 CERN 大型强子对撞机的巨型超导磁体和庞大的束线，研究人员表示，他们的昂鲁效应模拟可以在大多数大学实验室中搭建。“它不必是一些巨大的实验，”论文合著者、安大略省 Perimeter 理论物理研究所的博士后研究员芭芭拉·索达说。事实上，苏德希尔和他的博士生已经开始着手设计一个旨在实际建造的版本。
阿达米认为这项新研究是经典物理学、原子物理学和量子场论等不同学科的优雅综合。“我认为这篇论文是正确的，”他说。但就像昂鲁效应本身一样，“在某种程度上，很明显这种计算以前已经做过了。”
对于戴维斯来说，测试这种效应的潜力可能会为理论物理学和应用物理学打开令人兴奋的新大门，进一步验证理论家预测的几乎无法观测到的现象，同时扩展实验学家可以用来探究自然的工具包。“物理学之所以成为如此成功的学科，在于实验和理论紧密结合，”他说。“两者步调一致。”测试昂鲁效应有望成为两者的一项巅峰成就。