В 1969 году английский физик сэр Роджер Пенроуз впервые предположил, что из черной дыры можно извлечь бесконечную энергию. Ученый полагал, что только высокоразвитая инопланетная цивилизация сможет добыть энергию в эргосфере черной дыры – внешнем слое ее горизонта событий, где, чтобы оставаться неподвижным, объект должен двигаться быстрее скорости света. Два года спустя другой физик по имени Яков Зельдович предположил, что теорию Пенроуза можно проверить с помощью эксперимента на Земле, а совсем недавно это удалось исследователям из университета Глазго. Ученые доказали, что способ получить энергию черной дыры действительно работает в реальной жизни – с помощью эффекта Доплера и звуковых волн.
Эргосфера — область пространства-времени вблизи черной дыры, расположенная между горизонтом событий и пределом статичности.
Точка невозврата
Пенроуз считал, что если поместить объект в эргосферу черной дыры, то в этой необычной области пространства он приобретет отрицательную энергию. Но чтобы это сработало, объект должен двигаться быстрее скорости света. Пенроуз представил себе механизм, который разделит предмет, упавший в черную дыру, на две части, причем одна часть упадет в дыру, а другая будет извлечена. Как поясняется в официальном пресс-релизе исследования на сайте университета Глазго, отдача, генерируемая этим процессом, приведет к тому, что извлеченная половина получит энергию от вращения черной дыры. Звучит все очень сложно (и это действительно так), вот почему в 1969 году британский физик пришел к выводу о том, что изобрести такие технологии под силу только высокотехнологичной цивилизации.
Черная дыра.
В основе работы, опубликованной в журнале Nature Physics, лежит идея предложенная Зельдовичем, согласно которой энергию можно получить с помощью «скрученных» световых волн, которые создают энергию, ударяясь о вращающийся металлический цилиндр, что происходит при помощи вращательного эффекта Доплера. Это значит, если излучающая (или поглощающая) фотон молекула вращается сама, то энергия излученного (или поглощенного) ею фотона может отличаться от энергии в неподвижном случае.
Однако исследователи из школы физики и астрономии университета Глазго решили «скрутить» вместо света звук. Все потому, что звуковые волны – это источник гораздо более низких частот, и, следовательно, гораздо более практичны для демонстрации в лаборатории. В ходе работы физики разработали специальную установку, которая использует небольшое кольцо динамиков, завихряющих звуковые волны. Завихрение происходит так же, как должны были быть скручены волны света в теории Зельдевича.
Световые волны и эффект Доплера
Физики описывают свою работу следующим образом: скрученные звуковые волны были направлены к вращающемуся поглотителю звука из пенопластового диска. Микрофоны, расположенные в задней части диска, улавливали звук из динамиков, когда он проходил через диск. Это увеличивало скорость его вращения. Авторы исследования обнаружили, что благодаря необычному поведению эффекта Доплера, этот процесс вызвал явные изменения частоты и амплитуды звуковых волн.
Напомню, что согласно эффекту Доплера, высота звука автомобиля, направляющегося к вам, кажется нам выше, а удаляющегося – ниже. Это происходит потому, что звуковые волны приходят к нам с большей частотой, когда машина приближается, но с меньшей, когда она проезжает мимо.
Постановка эксперимента.
Как рассказала изданию Big Think ведущий автор исследования Мэрион Кромб, аспирантка физико-астрономической школы университета Глазго, вращательный эффект Доплера ограничен круговым пространством. Это значит, что скрученные звуковые волны изменяют шаг, если измерять их с точки зрения вращающейся поверхности. Если поверхность вращается достаточно быстро, то звуковая частота может сделать что—то очень странное – например, перейти от положительной частоты к отрицательной, при этом забирая энергию от вращения поверхности.
В общем и целом авторы новой работы смогли показать, что по мере увеличения скорости вращающегося диска высота звука продолжала падать до тех пор, пока не исчезала а затем возвращалась на 30% громче, чем раньше. Ученые называют услышанное во время эксперимента «экстраординарным», добавив, что «волны отрицательной частоты способны забирать часть энергии из вращающегося пенопластового диска, становясь при этом громче – точно так же, как и предложил в 1971 году Зельдович.»
Конечно, трудно сказать, используют ли инопланетяне этот подход для получения энергии из черных дыр, но ученые намерены выяснить, распространяется ли данный эффект на электромагнитные волны и другие источники. И все же, в данный момент люди не в состоянии изобрести технологии, которые позволили бы нам заполучить бесконечную энергию черной дыры. Как думаете, в будущем у нас получится?
