Давнишняя теория, которая начиналась как предположение о том, как внеземная цивилизация может применять черную дыру для получения энергии, была в первый раз экспериментально испытана в исследовательской лаборатории Глазго.
В 1969 году английский физик Роджер Пенроуз представил, что энергию можно получить, опустив объект в эргосферу темной дыры – наружный слой горизонта событий темной дыры, где объект должен двигаться резвее скорости света, чтоб оставаться недвижным.
Пенроуз предсказал, что объект приобретет отрицательную энергию в данной для нас необыкновенной области места. Отбросив объект и разделив его на две части так, чтоб одна половина свалилась в черную дыру, а иная была восстановлена, действие отдачи измерило бы утрату отрицательной энергии. Восстановленная половина получила бы энергию, извлеченную из вращения темной дыры.
Но масштаб инженерной задачки, которую востребует этот процесс, так велик, что Роджер Пенроуз представил, что лишь весьма развитая, может быть, внеземная цивилизация сумеет совладать с данной для нас задачей.
Два года спустя иной физик по имени Яков Зельдович представил, что эту теорию можно проверить при помощи наиболее практического опыта на Земле.
Он представил, что “закрученные” световые волны, ударяясь о поверхность железного цилиндра, вращающегося с подходящей скоростью, в итоге будут отражаться с доборной энергией, извлеченной из вращения цилиндра благодаря причуде вращательного доплеровского эффекта.
Но мысль Зельдовича с 1971 года остается только в области теории, поэтому что для того, чтоб опыт сработал, предложенный им железный цилиндр был должен бы вращаться по наименьшей мере млрд раз за секунду – очередной неодолимый вызов для сегодняшних пределов людской инженерии.
Сейчас исследователи из школы физики и астрономии Института Глазго в конце концов отыскали метод экспериментально показать эффект, который предложили Пенроуз и Зельдович, скручивая звук заместо света – источник еще наиболее низкой частоты, и, как следует, еще наиболее удобный для демонстрации в лаборатории.
В новейшей статье ученые обрисовывают, как они выстроили систему, которая употребляет маленькое кольцо динамиков для сотворения завихрения в звуковых волнах, аналогичного повороту в световых волнах, предложенного Зельдовичем.
Эти скрученные звуковые волны были ориентированы на крутящийся звукопоглотитель, изготовленный из пенопластового диска. Набор микрофонов сзади диска улавливал звук из динамиков, когда он проходил через диск, что неприклонно увеличивало скорость его вращения.
Структура темной дыры © Oliver Dean
Вокруг горизонта событий существует область, именуемая эргосферой, снутри которой телам нереально покоиться относительно удалённых наблюдателей. Они могут лишь вращаться вокруг чёрной дыры по направлению её вращения.
Этот эффект именуется «увлечением инерциальной системы отсчёта» и наблюдается вокруг хоть какого вращающегося громоздкого тела, к примеру, вокруг Земли либо Солнца, но в еще наименьшей степени. Но саму эргосферу ещё можно покинуть, эта область не является непокидаемой.
Чтоб убедиться в корректности теорий Пенроуза и Зельдовича, ученые желали услышать свойственное изменение частоты и амплитуды звуковых волн, проходящих через диск, вызванное эффектом Доплера.
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 она вырастает, поэтому что звуковые волны добиваются слушателя почаще, когда машинка скорой помощи приближается, а потом пореже, когда она уезжает.
– Вращательный доплеровский эффект похож, но он ограничен радиальным местом. Скрученные звуковые волны изменяют собственный шаг при измерении исходя из убеждений вращающейся поверхности. Если поверхность вращается довольно стремительно, то звуковая частота в состоянии сделать что-то весьма странноватое – она может перейти от положительной частоты к отрицательной, и при всем этом забрать некую энергию из вращения поверхности.” – молвят ученые.
По мере того как скорость вращающегося диска возрастает во время опыта исследователей, высота звука из динамиков падает, пока он не становится очень низким, чтоб его можно было услышать.
Потом звук опять поднимается ввысь, пока не достигнет собственного предшествующего тона – но громче, с амплитудой до 30% большей, чем начальный звук, исходящий из динамиков.
“То, что мы услышали во время нашего опыта, было особенно. Происходит то, что частота звуковых волн сдвигается доплеровски к нулю по мере роста скорости вращения. Когда звук опять начинает звучать, это происходит поэтому, что волны были смещены с положительной частоты на отрицательную частоту. Эти волны отрицательной частоты способны забирать часть энергии из вращающегося пенопластового диска, становясь при всем этом громче – как и предлагал Зельдович в 1971 году.”
Источник: