Naturaleza mágica: el efecto Unruh

Octavi López Coronado / 10-10-2008

La Teoría de la Relatividad depara grandes sorpresas para el sentido común. Por ejemplo, el tiempo se dilata con la velocidad. Es la popular paradoja de los gemelos: si separamos un par de hermanos gemelos para enviar uno de ellos a un viaje interestelar a gran velocidad, éste sería más joven que su hermano al volver del viaje. Pero esto no es todo. La velocidad acorta las distancias en el sentido del movimiento, y aumenta la masa, de modo que el gemelo que se queda en tierra podría ver cómo su hermano viajero se vuelve mucho más delgado mientras está en movimiento, aunque también más pesado.

Una de las últimas sorpresas relativistas que los físicos descubrieron en esta línea de aparentes paradojas es que la velocidad también influye en la temperatura que percibe el observador en movimiento. El gemelo astronauta, que soporta aceleraciones mucho mayores que las de su hermano en la Tierra, siente más calor a su alrededor mientras se acelera. Un calor en forma de radiación electromagnética, como el de las estufas de resistencia eléctrica.

La Teoría de la Relatividad ya tiene más de cien años, pero hasta hace poco más de treinta nadie se había dado cuenta de éste fenómeno tan extraño. Fue en 1976, cuando un profesor de la Universidad de British Columbia (en Canadá), Bill Unruh, demostró teóricamente que un observador acelerado percibe radiación electromagnética a una cierta temperatura donde un observador inercial (es decir, en reposo o en movimiento uniforme y rectilíneo) no detecta nada de nada.

Unruh dedujo la fórmula que relacionaba la aceleración con la temperatura. Se trataba de una fórmula muy sencilla. Sólo hay que multiplicar la aceleración por un valor constante y el resultado es la temperatura que percibe el observador en movimiento. La temperatura es directamente proporcional a la aceleración. Según la fórmula, si aceleramos un vaso de agua 10.000.000.000.000.000.000.000 veces la aceleración g que produce la gravedad de nuestro planeta, obtendremos una temperatura alrededor del vaso de unos 100ºC, por lo que conseguiremos que el agua se ponga a hervir. Y ya tenemos la receta para preparar un buen té relativista. Ingredientes: 250 ml de agua, té, azúcar. Introduzca el agua en una tetera, ate la tetera a un cordel, haga el vacío en la sala, haga girar la tetera como una honda hasta conseguir la aceleración mencionada arriba, añada el té y deje reposar la tetera durante unos minutos. Sírvase el té y añada azúcar a su gusto.

El fenómeno, al que los físicos llaman "efecto Unruh", tiene implicaciones en el concepto de vacío. Como la radiación electromagnética consiste en fotones corriendo de aquí para allá, donde un observador quieto percibe el vacío, el observador en movimiento acelerado ve radiación electromagnética, es decir, fotones. El vacío deja de estar vacío cuando aceleramos y se llena espontáneamente de fotones calentitos.

El reto ahora es verificar experimentalmente el efecto Unruh, descubierto de manera teórica a partir de las ecuaciones matemáticas de la física relativista. Pero se trata de una tarea sumamente difícil. Aunque en los laboratorios se pueden acelerar partículas a casi la velocidad de la luz, no es posible acelerar hasta esos límites "termómetros" enteros que permitan medir la temperatura de las partículas.

Por ello, se han propuesto experimentos ingeniosos en los que se podría comprobar de manera indirecta que efectivamente se produce un incremento real de la temperatura. Una de las aproximaciones para conseguirlo la sugirieron en 1999 los físicos Pisin Chen, de la Universidad de Stanford (EE.UU), y Toshi Tajima, de la Universidad de Texas (EE.UU). La prueba propuesta consistía en medir la radiación emitida por el electrón mientras se acelera. Un electrón acelerado emite radiación electromagnética que pueden percibir perfectamente los observadores en reposo. De hecho, la luz que se obtiene en los aceleradores sincrotrón como el que se está construyendo en Barcelona la emiten los electrones al girar (durante el giro hay aceleración centrípeta). Pero esta radiación no sale del vacío, sino del propio electrón, que va perdiendo energía y la emite en forma de luz sincrotrón. Ahora bien, si el efecto Unruh fuera real esa radiación se vería modificada por el ligero "temblor" que produciría en el electrón el incremento de temperatura a su alrededor, el hecho de que el vacío se llene de fotones calentitos. Se trata de unas variaciones en la intensidad de la radiación emitida que todavía no somos capaces de detectar (probablemente lo seremos en un futuro cercano). En los últimos años han brotado más y más propuestas para hacer posible la detección experimental del efecto Unruh, pero la prueba definitiva todavía no ha llegado.

Aun así, la falta de una prueba experimental de su existencia no ha sido impedimento para que un físico inglés, Mike McCulloc, culpase al efecto Unruh del llamado "efecto Pioneer", una misteriosa desviación anómala de las trayectorias previstas en las sondas espaciales, que fue observada por primera vez en la Pioneer 10 y la Pioneer 11 durante sus vuelos por los confines del Sistema Solar. El efecto lo comparten las sondas espaciales NEAR, Cassini-Hugens y Rossetta, con inexplicables aceleraciones de apenas unos milímetros por segundo en cada segundo que la física conocida no puede explicar. McCulloch presentó esta sorprendente propuesta en un simposio de la British Interplanetary Society (Sociedad Británica Interplanetaria), el pasado mes de noviembre. Y la solución que proponía para evitar que las sondas espaciales se viesen afectadas por este tipo de desviaciones anómalas era todavía más sorprendente: envolverlas en un "manto de invisibilidad" creado con metamateriales, un tipo de material que refracta la radiación de tal manera que logra que los rayos incidentes en un objeto lo rodeen y salgan por el lado contrario en el mismo sentido del que procedían. Este tipo materiales ya se han construido para las microondas (la aportación más reciente en este campo fue el pasado mes de agosto a cargo de un equipo de la Universidad de Berkeley financiado por el Pentágono). Así, ajustando el metamaterial a la radiación Unruh las sondas espaciales se harían transparentes a ella y seguirían las trayectorias previstas, evitando el efecto Pioneer. Del mismo modo, cubriendo nuestra tetera relativista con un manto de invisibilidad hecho de metamateriales, ésta se volvería inútil.

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El autor

Octavi López Coronado es Doctor en Física y divulgador científico. Actualmente trabaja como técnico de Comunicación Científica en el Área de Comunicación de la Universitat Autònoma de Barcelona.

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