Эксперимент подтверждает теорию, выдвинутую 50 лет назад, о том, что инопланетная цивилизация могла эксплуатировать черную дыру для получения энергии. Эта теория была впервые экспериментально проверена в исследовательской лаборатории Глазго.

Теория Пенроуза о способе добычи энергии инопланетной цивилизацией

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—эффективно, восстановленная половина получила бы энергию, извлеченную из вращения черной дыры. Однако масштаб инженерной задачи, которую потребует этот процесс, настолько велик, что Пенроуз предположил, что только очень развитая, возможно, инопланетная цивилизация сможет справиться с этой задачей.

Теоретический эксперимент Зельдовича, который невозможно осуществить

Два года спустя другой физик — Яков Зельдович — предположил, что эту теорию можно проверить с помощью практического эксперимента на земле. Он предположил, что" закрученные «световые волны, ударяясь о поверхность вращающегося металлического цилиндра, вращающегося с нужной скоростью, в конечном итоге будут отражаться с дополнительной энергией, извлеченной из вращения цилиндра благодаря вращательному доплеровскому эффекту.

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.

Звук вместо света. Старая теория подтверждена

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

В новой статье, опубликованной в Nature Physics, команда ученых описывает, как они построили систему, которая использует небольшое кольцо динамиков для создания вращения в звуковых волнах, аналогичного «твисту» в световых волнах, предложенному 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.

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

Мэрион Кромб, аспирантка физико-астрономического факультета университета, является ведущим автором статьи. Марион сказала: «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 он растет, потому что звуковые волны достигают слушателя чаще, когда машина скорой помощи приближается, а затем реже, когда она проходит.

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 «украсть» некоторую энергию из вращения поверхности".

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.

Марион добавила: «То, что мы услышали во время нашего эксперимента, было необычно. Происходит то, что частота звуковых волн смещается допплеровски 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».

Это исследование откроет много новых направлений научных разработок.

Статья исследовательской группы, озаглавленная «Усиление волн от вращающегося тела», опубликована в журнале Nature Physics.

Ранее «Бора-медиа» рассказывала о том, что существование планеты размером с Землю вокруг самой близко расположенной к Солнцу звезды, Проксимы Центавра, было подтверждено международной группой ученых.