През 1969 г. британският физик Роджър Пенроуз лансира идеята, че може да се извлече енергия от въртяща се черна дупка — хипотеза, която провокира десетилетия теоретични търсения. Той предполага, че в зоната около хоризонта на събитията, известна като ергосфера, частици могат да се разделят: едната да бъде погълната, носейки отрицателна енергия, а другата — изхвърлена с допълнителна енергия.
Макар и парадоксално, тази концепция се вписва напълно в рамките на Общата теория на относителността. Въвеждането на отрицателна енергия в черната дупка би намалило нейната маса и ъглов момент, позволявайки на останалите частици да се „обогатят“ енергийно, без да нарушават физичните закони.
През 70-те години беларуско-еврейският физик Яков Зелдович предлага, че подобен процес може да се реализира и без космически обекти — например чрез въртящ се метален цилиндър, който би могъл да усилва вълни, ако те носят ъглов момент. По-късно идеята му е разширена: обграждането на цилиндъра с огледална повърхност би предизвикало обратна връзка, усилваща сигнала в геометрична прогресия — ефект, сравним с детонация. Така се ражда хипотезата за „чернодупкова бомба“.
Дълги години това остава само теория — докато наскоро екип от Университета в Саутхемптън, ръководен от Хендрик Улбрихт, успява да постигне лабораторна реализация на този ефект. С помощта на алуминиев цилиндър и трифазно магнитно поле, учените създават система, способна да усилва електромагнитни вълни чрез въртене.
След добавяне на резонансна верига, наподобяваща електромагнитно огледало, се наблюдава драматично усилване на вълните — изходна енергия, надвишаваща входната. Това спонтанно нарастване на сигнала от фонов шум съответства напълно на теоретичните модели, описващи поведението на чернодупкова „бомба“.
„На практика създаваме сигнал от нищото — точно както предвижда идеята на Зелдович за чернодупкова бомба“, обяснява Улбрихт.
Този пробив е първото експериментално доказателство, че феноменът на експоненциално усилване чрез въртене е възможен — дори в мащабите на лабораторна апаратура.
Ефектът на Зелдович
Ключовото в експеримента е ефектът на Зелдович: когато обект се върти по-бързо от честотата на входяща вълна с ъглов момент, тя може да промени своята честота — явление, наречено ротационен Доплеров ефект. По този начин част от енергията на въртенето се прехвърля към вълната.
Марион Кромб, съавтор на изследването, обяснява: „Когато измервате усукани вълни от гледна точка на въртяща се повърхност, те могат да се изместят в отрицателна честота — което означава, че вместо да бъдат погълнати, те се усилват.“
По-рано екипът вече е потвърдил ефекта при звукови вълни, но настоящото изследване показва, че същото може да се постигне и с електромагнитни.
„Да изпратиш слаба електромагнитна вълна към въртящ се цилиндър и да получиш усилен сигнал обратно — това е поразително“, коментира физикът Витор Кардозу от Лисабонския университет.
Възможни приложения: от черни дупки до тъмна материя
Откритието има потенциални импликации далеч извън лабораторията. Теоретично, процесът на свръхизлъчване — основата на този ефект — може да се използва за търсене на неизвестни частици, включително кандидати за тъмна материя.
„Черните дупки могат да се превърнат в изключително чувствителни детектори — в някои аспекти по-добри дори от ЦЕРН“, казва Кардозу.
Източник: https://www.newscientist.com
