Efeito Unruh pode unificar relatividade e mecânica quântica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/09/2025

Ilustração de uma nave com velocidade superluminal sofrendo o impacto de partículas virtuais que emergem do vácuo quântico.
[Imagem: SIT]

O calor invisível do vácuo quântico

Físicos desenvolveram um método para detectar o efeito Unruh, um fenômeno teorizado há décadas, mas que nunca foi verificado experimentalmente.

Se a técnica funcionar como preveem Haruna Katayama e Noriyuki Hatakenaka, da Universidade de Hiroshima, no Japão, isso representará um passo importante no esforço para unificar a teoria da relatividade e a mecânica quântica, os dois pilares da física moderna, mas que não conversam um com outro.

O efeito Unruh prevê que um observador em aceleração enxerga o vácuo como um mar de partículas quentes. Enquanto um observador parado no espaço vê o vácuo como um vazio frio, a aceleração cria uma espécie de "calor fantasma", fazendo com que partículas subatômicas surjam e desapareçam, as famosas partículas virtuais, que parecem surgir do nada no vácuo quântico - sim, a matéria é resultado das flutuações do vácuo quântico. O viajante vai trombando com essas partículas e gerando calor.

Esse fenômeno é uma das conexões mais profundas e estranhas entre a teoria da relatividade de Einstein e a teoria quântica. Ela foi estabelecida pelo físico canadense William Unruh (1945-) justamente na tentativa de ver efeitos quânticos na relatividade.

Contudo, apesar de sua importância teórica, o efeito Unruh nunca foi observado diretamente. É aí que a dupla japonesa entra na história, propondo uma maneira prática de detectá-lo.

• O que você veria se sua nave acelerasse até a velocidade da luz?

Ilustração esquemática do detector Unruh.
[Imagem: Haruna Katayama et al. - 10.1103/mn34-7bj5]

Como observar o efeito Unruh

O principal obstáculo para observar experimentalmente o efeito Unruh é a aceleração colossal necessária para torná-lo detectável. Para que o "calor do vácuo" fosse perceptível, seriam necessárias acelerações da ordem de 10²⁰ m/s², uma força inalcançável com a tecnologia atual. Essa barreira tecnológica fez com que o efeito ficasse restrito ao campo da teoria nos quase 50 anos desde que ele foi previsto.

Os dois físicos japoneses acreditam ser possível superar esse desafio com uma abordagem engenhosa: Eles propõem construir um circuito supercondutor e usá-lo para induzir um movimento circular de pares de fluxons, que são unidades fundamentais (quanta) de fluxo magnético. O anel supercondutor foi projetado com uma geometria que permite que os fluxons atinjam acelerações efetivas altíssimas, comparáveis às necessárias para se observar o efeito Unruh.

Nesse sistema, o "calor quântico" gerado pela aceleração provoca um evento de partição nos pares de fluxons. Essa partição, por sua vez, se manifesta como um salto na tensão elétrica (voltagem) claro e mensurável através do circuito supercondutor. É este salto de voltagem que serve como a impressão digital do efeito Unruh, convertendo um fenômeno quântico invisível e microscópico em um sinal elétrico macroscópico facilmente detectável. A análise estatística desses saltos permitirá medir a temperatura induzida pelo efeito Unruh com precisão.

"Um dos aspectos mais surpreendentes é que as flutuações quânticas microscópicas podem induzir saltos de voltagem súbitos e macroscópicos, tornando o evasivo efeito Unruh diretamente observável," afirmou o professor Hatakenaka.

Outra proposta para detectar o efeito Unruh envolve um termômetro quântico tão preciso que permitirá medir as temperaturas do espaço-tempo.
[Imagem: Christine Daniloff/MIT]

Aplicações além da física fundamental

A descoberta vai muito além da verificação de uma teoria. A capacidade de detectar flutuações quânticas com alta sensibilidade abrirá o caminho para novas tecnologias, como sensores quânticos avançados, com aplicações em áreas que vão da medição de precisão à computação quântica.

Além disso, os pesquisadores esperam que a nova abordagem inspire outras pesquisas sobre a natureza do espaço-tempo e da realidade quântica, contribuindo para a busca por uma teoria unificada que conecte todas as leis da física.

"Nosso próximo passo imediato será conduzir uma análise detalhada dos processos de decaimento dos pares fluxon-antifluxon. Isso inclui investigar exaustivamente o papel do tunelamento quântico macroscópico, um fenômeno da mecânica quântica em que partículas podem atravessar barreiras de potencial, o que não foi amplamente explorado neste trabalho inicial. Compreender esses intrincados mecanismos de decaimento será crucial para refinar a detecção experimental do efeito Unruh," concluiu Katayama.

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