Pēc 50 gadiem eksperiments beidzot parāda, ka no melnā cauruma var iegūt enerģiju

(Glāzgovas Universitāte)

50 gadus vecs teorētisks process enerģijas iegūšanai no rotējoša melnais caurums beidzot ir eksperimentāla pārbaude.

Izmantojot nepieciešamo komponentu analogu, fiziķi ir parādījuši, ka Penrouza process patiešām ir ticams mehānisms, lai izspiestu daļu no šīs rotācijas enerģijas, ja mēs kādreiz varētu izstrādāt līdzekļus.

Tas nav iespējams, taču darbs parāda, ka savdabīgas teorētiskās idejas var lieliski izmantot, lai izpētītu dažu ekstrēmāko Visuma objektu fiziskās īpašības.



Melnie caurumi ir savvaļas — tik masīvas zvaigznes dzīves cikla beigu posms, ka, tiklīdz tā ir kļuvusi par supernovu, kodols vairs nespēj izturēt savu gravitāciju un pilnībā sabrūk singularitātē - vienā viendimensionālā bezgalīga blīvuma punktā.

Šī singularitāte atrodas reģionā, ko sauc par notikumu horizontu - punktā, kurā gravitācija ap melno caurumu ir tik spēcīga, ka pat gaismas ātrums nav pietiekams, lai sasniegtu bēgšanas ātrumu. Un ārpus notikumu horizonta paplašināts telpas-laika apgabals kļūst savīti, kā tas irvilkakopā ar melnā cauruma rotāciju rodas efekts, ko sauc rāmja vilkšana .

Šeit parādās Penrouza process. 1969. gadā matemātiskais fiziķis Rodžers Penrouzs ierosināja ka reģionu, kas atrodas tieši ārpus notikumu horizonta, ko sauc par ergosfēru, kur kadru vilkšana ir visspēcīgākā, varētu izmantot enerģijas ieguvei.

Saskaņā ar Penrouza aprēķiniem, ja objekts, kas nokrīt ergosfērā, sadalītos divās daļās, viena daļa tiktu izmesta ārpus notikumu horizonta.

Tomēr otrs tiktu paātrināts uz āru ar papildu sitienu no melnā cauruma. Ja viss noritētu pareizi, tas izkļūtu no ergosfēras ar apkārtni Par 21 procentu vairāk enerģijas nekā tas ienāca ar.

Tagad mēs nevaram vienkārši ienirt melnajā caurumā, lai to pārbaudītu. Bet 1971. gadā padomju fiziķis Jakovs Zeļdovičs ierosināja praktiskāks eksperiments. Jūs varētu aizstāt melno caurumu ar rotējošu metāla cilindru un izšaut uz to savītus gaismas starus. Ja cilindrs grieztos ar pareizo ātrumu, gaisma tiktu atstarota atpakaļ ar papildu enerģiju, kas iegūta no cilindra rotācijas, jo tā ir tāda, ko sauc par rotācijas Doplera efektu.

Ja jūs esat aregulārs lasītājs, jūs, iespējams, jau esat pazīstams ar minēto efektu: to var redzēt, kad rotējošs avots izstaro viļņus, kas saīsinās un pagarinās atkarībā no griešanās virziena. Šķiet, ka viļņi no sāniem, kas griežas pret jums, saīsinās; viļņi no sāniem, kas griežas prom, šķiet, pagarinās. Lūk, kā astronomi varizmērīt apgriezienuszvaigznēm un galaktikām.

Ar Zeldoviča priekšlikumu bija tikai viena problēma. Rotējošā cilindra ātrumam vajadzētu būt vismaz 1 miljardam apgriezienu sekundē — atcerieties, ka joprojām ir daudz vietu nepraktiskumam “praktiskāk nekā melnais caurums”.

Tā lieta palika līdz brīdim, kad ieradās fiziķu komanda no Glāzgovas Universitātes Fizikas un astronomijas skolas Skotijā. Viņi izstrādāja eksperimentu, pamatojoties uz Zeldoviča darbu, bet tā vietā, lai izmantotu gaismas viļņus, viņi izmantoja skaņas viļņus.

Eksperiments. (Cromb et al., Nature Physics, 2020)

Eksperiments sastāvēja no skaļruņu gredzena, kas tika izveidots, lai radītu skaņas viļņu pagriezienu, kas ir analoģisks Zeldoviča eksperimentā izmantotajai gaismai. “Melnais caurums” bija rotējošs skaņas absorbētājs, kas izgatavots no putuplasta diska, kura rotācija paātrinās, kad skaņas viļņi tam skāra. Mikrofonu klāsts, kas atrodas diska otrā pusē, noteiktu skaņas viļņus pēc tam, kad tie ir izgājuši cauri diskam.

Smēķēšanas lielgabals, kas pārbaudītu Penrouza procesu, bija skaņas viļņu augstuma un amplitūdas maiņa, kas šķērsoja disku.

'Vīti skaņas viļņi maina to piķi, mērot no rotējošās virsmas viedokļa.' paskaidroja fiziķe un astronome Mariona Kroma no Glāzgovas Universitātes, galvenais autors darba grupā.

'Ja virsma griežas pietiekami ātri, tad skaņas frekvence var izdarīt kaut ko ļoti dīvainu - tā var pāriet no pozitīvas frekvences uz negatīvu un tādējādi nozagt daļu enerģijas no virsmas rotācijas.'

Rezultāti bija pārsteidzoši. Paātrinoties diska rotācijai, mikrofonos ietriecošās skaņas augstums pazeminājās, līdz tas kļuva nedzirdams. Pēc tam tas atkal sāka pieaugt līdz sākotnējam tonim, taču par 30 procentiem skaļāks nekā skaņa, kas nāk no skaļruņiem. Skaņas viļņi uzņēma papildu enerģiju no rotējošā diska.

(Glāzgovas Universitāte)

'Tas, ko mēs dzirdējām mūsu eksperimenta laikā, bija ārkārtējs,' Kroms teica .

'Notiek tas, ka, palielinoties griešanās ātrumam, skaņas viļņu frekvence tiek doplera režīmā nobīdīta uz nulli. Kad skaņa atkal sākas, tas ir tāpēc, ka viļņi ir novirzīti no pozitīvas frekvences uz negatīvu. Šie negatīvās frekvences viļņi spēj paņemt daļu enerģijas no rotējošā putuplasta diska, kļūstot skaļāki – gluži kā Zeldovičs ierosināja 1971. gadā.

Komanda plāno mēģināt izdomāt, kā šo pētījumu attiecināt uz elektromagnētiskajiem viļņiem - gaismu -, taču šis pētījums ir diezgan satriecošs solis uz priekšu melno caurumu izpratnē. Tas parāda, kā to ekstrēmās īpašības var pārbaudīt laboratorijas apstākļos, ja jums ir pareizi rīki — un tiem ne vienmēr ir jābūt izdomātiem,augsto tehnoloģiju Bose-Einšteina kondensāti.

Tādi pētījumi kā šis varētu radīt jaunas tehnoloģijas, ja var izdomāt veidu, kā izmantot šo aizraujošo parādību.

'Mēs esam priecīgi, ka varējām eksperimentāli pārbaudīt kādu ārkārtīgi dīvainu fiziku pusgadsimtu pēc teorijas pirmās ierosināšanas.' teica fiziķis Daniels Fačo no Glāzgovas universitātes.

'Ir dīvaini domāt, ka mēs šeit, mūsu laboratorijā Skotijas rietumos, esam spējuši apstiprināt pusgadsimtu senu teoriju ar kosmisku izcelsmi, taču mēs domājam, ka tā pavērs daudz jaunu zinātniskās izpētes ceļu.'

Pētījums ir publicēts Dabas fizika .

Populārākas Kategorijas: Dabu , Vidi , Neklasificēts , Telpa , Fizika , Viedoklis , Sabiedrību , Cilvēkiem , Skaidrotājs , Tech ,

Par Mums

Neatkarīgu, Pārbaudītu Faktu Publicēšana Par Veselību, Telpu, Dabu, Tehnoloģijām Un Vidi.