Физикам удалось поставить эксперимент по получению энергии из черной дыры, идея которого была предложена 50 лет назад.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Physics, кратко о нем пишет Science Alert.
В 1969 году английский физик-математик Роджер Пенроуз предположил, что область черной дыры, находящаяся непосредственно за горизонтом событий, называемая эргосферой, может быть использована для извлечения энергии. Согласно его расчетам, если бы объект, попавший в эргосферу, раскололся надвое, одна его часть была бы выброшена за горизонт событий, а другая вышла бы из эргосферы, обладая большей энергией, чем при входе.
В 1971 году советский физик Яков Зельдович предложил эксперимент, который мог бы проверить эту идею: заменить черную дыру вращающимся металлическим цилиндром и направить на нее искривленные лучи света. Если бы цилиндр вращался с нужной скоростью, свет отражался бы обратно с дополнительной энергией, извлекаемой из вращения цилиндра, из-за эффекта Доплера. Однако для реализации эксперимента необходимо было, чтобы цилиндр вращался со скоростью не менее 1 миллиарда оборотов в секунду.
Команда физиков из Глазго (Шотландия) предложила упростить эксперимент Зельдовича, используя звуковые волны вместо световых.
Экспериментальная установка состояла из кольца динамиков, настроенных так, чтобы ввести в звуковые волны искажение, аналогичное искажению света в эксперименте Зельдовича. «Черная дыра» представляла собой вращающийся звукопоглотитель, сделанный из пенопластового диска, вращение которого ускорялось по мере попадания в него звуковых волн. Массив микрофонов на другой стороне диска отслеживал изменение звуковых волн после того, как они пройдут через диск.
Результаты оказались поразительными. По мере того, как вращение диска ускорялось, высота звука, попадающего в микрофоны, уменьшалась, пока звук не стала совсем не слышным. Затем она снова начала подниматься до первоначального тона, но стала на 30 процентов громче, чем звук, исходящий из динамиков. Звуковые волны поглощали дополнительную энергию от вращающегося диска.
«Дело в том, что при увеличении скорости вращения частота звуковых волн смещается доплеровски до нуля, — пояснила ведущий автор исследования Марион Кромб. — Когда звук снова начинает звучать, это происходит потому, что волны были сдвинуты с положительной частоты на отрицательную. Эти волны отрицательной частоты способны забирать часть энергии из вращающегося пенопластового диска, становясь при этом громче — как и предполагал Зельдович в 1971 году». Далее команда планирует выяснить, как распространить это исследование на электромагнитные волны.
Ранее ученые создали «черную дыру» в лаборатории.
Фото: University of Glasgow
