Эксперимент показал, как инопланетяне могут получать энергию из черной дыры

В 1969 году британский физик Роджер Пенроуз предположил, что энергию можно получить, опустив объект в эргосферу черной дыры

Давняя теория, которая начиналась как предположение о том, как инопланетная цивилизация может использовать черную дыру для получения энергии, была впервые экспериментально проверена в исследовательской лаборатории Глазго.

В 1969 году британский физик Роджер Пенроуз предположил, что энергию можно получить, опустив объект в эргосферу черной дыры – внешний слой горизонта событий черной дыры, где объект должен двигаться быстрее скорости света, чтобы оставаться неподвижным.

Пенроуз предсказал, что объект приобретет отрицательную энергию в этой необычной области пространства. Отбросив объект и разделив его на две части так, чтобы одна половина упала в черную дыру, а другая была восстановлена, действие отдачи измерило бы потерю отрицательной энергии. Восстановленная половина получила бы энергию, извлеченную из вращения черной дыры.

Однако масштаб инженерной задачи, которую потребует этот процесс, настолько велик, что Роджер Пенроуз предположил, что только очень развитая, возможно, инопланетная цивилизация сможет справиться с этой задачей.

Два года спустя другой физик по имени Яков Зельдович предположил, что эту теорию можно проверить с помощью более практического эксперимента на Земле.

Он предположил, что “закрученные” световые волны, ударяясь о поверхность металлического цилиндра, вращающегося с нужной скоростью, в конечном итоге будут отражаться с дополнительной энергией, извлеченной из вращения цилиндра благодаря причуде вращательного доплеровского эффекта.

Но идея Зельдовича с 1971 года остается исключительно в области теории, потому что для того, чтобы эксперимент сработал, предложенный им металлический цилиндр должен был бы вращаться по меньшей мере миллиард раз в секунду – еще один непреодолимый вызов для нынешних пределов человеческой инженерии.

Теперь исследователи из школы физики и астрономии Университета Глазго наконец нашли способ экспериментально продемонстрировать эффект, который предложили Пенроуз и Зельдович, скручивая звук вместо света – источник гораздо более низкой частоты, и, следовательно, гораздо более практичный для демонстрации в лаборатории.

В новой статье ученые описывают, как они построили систему, которая использует небольшое кольцо динамиков для создания завихрения в звуковых волнах, аналогичного повороту в световых волнах, предложенного Зельдовичем.

Эти скрученные звуковые волны были направлены на вращающийся звукопоглотитель, сделанный из пенопластового диска. Набор микрофонов позади диска улавливал звук из динамиков, когда он проходил через диск, что неуклонно увеличивало скорость его вращения.

Структура черной дыры © Oliver Dean
Вокруг горизонта событий существует область, называемая эргосферой, внутри которой телам невозможно покоиться относительно удалённых наблюдателей. Они могут только вращаться вокруг чёрной дыры по направлению её вращения.
Этот эффект называется «увлечением инерциальной системы отсчёта» и наблюдается вокруг любого вращающегося массивного тела, например, вокруг Земли или Солнца, но в гораздо меньшей степени. Однако саму эргосферу ещё можно покинуть, эта область не является непокидаемой.

Чтобы убедиться в правильности теорий Пенроуза и Зельдовича, ученые хотели услышать характерное изменение частоты и амплитуды звуковых волн, проходящих через диск, вызванное эффектом Доплера.

Линейная версия эффекта Доплера знакома большинству людей как явление, которое происходит, когда высота звука сирены скорой помощи, кажется, поднимается, когда она приближается к слушателю, но падает, когда она уходит. Кажется, что она растет, потому что звуковые волны достигают слушателя чаще, когда машина скорой помощи приближается, а затем реже, когда она уезжает.

– Вращательный доплеровский эффект похож, но он ограничен круговым пространством. Скрученные звуковые волны изменяют свой шаг при измерении с точки зрения вращающейся поверхности. Если поверхность вращается достаточно быстро, то звуковая частота может сделать что-то очень странное – она может перейти от положительной частоты к отрицательной, и при этом забрать некоторую энергию из вращения поверхности.” – говорят ученые.

По мере того как скорость вращающегося диска увеличивается во время эксперимента исследователей, высота звука из динамиков падает, пока он не становится слишком низким, чтобы его можно было услышать.

Затем звук снова поднимается вверх, пока не достигнет своего предыдущего тона – но громче, с амплитудой до 30% большей, чем исходный звук, исходящий из динамиков.

“То, что мы услышали во время нашего эксперимента, было необычно. Происходит то, что частота звуковых волн смещается доплеровски к нулю по мере увеличения скорости вращения. Когда звук снова начинает звучать, это происходит потому, что волны были сдвинуты с положительной частоты на отрицательную частоту. Эти волны отрицательной частоты способны забирать часть энергии из вращающегося пенопластового диска, становясь при этом громче – как и предлагал Зельдович в 1971 году.”


Marion Cromb et al. Amplification of waves from a rotating body, Nature Physics (2020). DOI: 10.1038/s41567-020-0944-3

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

5 1 голос
Рейтинг

Подписывайтесь на наш новый канал в и наши каналы в соц.сетях
Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Share via
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: