Теорія Роджера Пенроуза про отримання енергії з чорної діри доведена через 50 років

50 років тому Роджер Пенроуз представив світу ідею, що описують спосіб, яким позаземні цивілізації могли б отримувати енергію з чорних дір. Тепер теорію вченого змогли довести, використовуючи напрацювання радянського фізика-ядерника Якова Зельдовича.

У 1969 році англійський фізик і математик Роджер Пенроуз запропонував теорію, яка б описувала процес отримання енергії з чорної діри. Для початку туди потрібно помістити деякий об'єкт і заздалегідь передбачити механізм, який розколе його на дві частини, як тільки він потрапить у ергосферу. Ергосфера — це область за горизонтом подій, де вчені нещодавно виявили загадкові швидко обертові світлові кільця.

Одна частина об'єкта повинна відлетіти в черево чорної діри. Енергія віддачі від розколу додасть первинний імпульс збереженій в ергосфері половині об'єкта. Рухаючись всередині зовнішньої області чорної діри, вціліла частина набуде негативну енергію, яка за абсолютною величиною перевищує початкову.

Проблема лише в тому, що витягувати енергію таким способом можна, якщо змусити об'єкт рухатися швидше швидкості світла. Тому Роджер Пенроуз 50 років тому припустив, що скористатися його ідеєю можуть лише представники позаземної високотехнологічної цивілізації. Неможливість реалізації на нинішньому етапі розвитку цивілізації земної все ж не завадила послідовникам вченого спробувати довести теорію експериментально.

Через 12 років радянський фізик-ядерник Яків Зельдовіч описав експеримент, який міг підтвердити теорію Пенроуза. Зельдовіч запропонував «скручувати» світлові хвилі в швидко обертовому металевому порожньому циліндрі. Б'ючись об стінки циліндра, світлові хвилі «закручувались» б, а їх енергія зростала. Для цього частота обертання циліндра повинна була перевищувати частоту коливань світлової хвилі. Можливості того часу не дозволяли сконструювати таку установку, адже циліндр повинен був обертатися, як мінімум, мільярд разів в секунду.

Тепер вчені зі Школи фізики і астрономії Університету Глазго трохи змінили ідею експерименту Зельдовіча і побудували установку, де змогли довести теорію Пенроуза. Замість світлових хвиль дослідники використовували звукові. Частота коливань акустичних хвиль набагато нижче, ніж у світлових. Це означає, що поверхня, від якої вони будуть відбиватися, може обертатися значно повільніше, щоб виникав очікуваний ефект.

Експеримент вчених з Глазго описаний у статті, опублікованій в журналі Nature Physics. Установка складалася з невеликого обертового пінопластового кільця, в яке надходили звукові хвилі. Пінопласт був обраний невипадково: він є гарним поглиначем звуку. Із зворотного боку кільця були розташовані мікрофони, які вловлювали звук. Мікрофони були пов'язані з динаміками, які дозволяли «почути» результат прямо в процесі досвіду.

Кільце поступово розкручували. Частота звуку змінювалась слідом за частотою обертання. Спочатку частота звукових хвиль знижувалася. Звук ставав все нижчим і нижчим, як у підростаючого підлітка чоловічої статі. Але потім сталося щось дивне. Коли звук став настільки низьким, що його майже неможливо було почути через динаміки, його висота знову стала збільшуватися, ніби Бенджамін Баттон зі старого з грудним басом перетворювався в молодика, який пронизливо кричить. На початковій висоті збільшення частоти припинилося. Звук при цьому був явно голоснішим: його амплітуда зросла на 30%, у порівнянні з вихідною.

Все сталося так, як передбачав Яків Зельдовіч. Вчений вважав, що звук повертається тому, що в якийсь момент відбувається «зміна полярності»: з частоти позитивної на негативну. Хвилі з негативною частотою здатні відбирати частину енергії у обертового пінопластового диска, стаючи при цьому голоснішими. Те ж саме, на думку фізиків з Університету Глазго, відбувається зі світлом в ергосфері чорної діри. Різниця лише в тому, що негативною стає не частота, а енергія випромінювання.

Якщо позаземні розвинені цивілізації існують, то, можливо, використовують чорні діри замість атомних реакторів. Дослідникам з планети Земля, перш ніж перейти на це виключно "зелене" джерело енергії, необхідно повторити експеримент, але вже з електромагнітними, а не акустичними хвилями. Цим і планують зайнятися найближчим часом учені з Університету Глазго.

Натхнення: www.popmech.ru