Eksperyment laboratoryjny pokazuje, że możliwe jest wydobycie energii z czarnych dziur

Mimo, że wiemy o nich od dawna, nadal nie do końca rozumiemy czarne dziury. Są pełne dziwactw i paradoksów, a wiele odkryć spędza naukowcom sen z powiek.

Czarne dziury

Doskonale znaną cechą czarnych dziur jest to, że że nic nie może przed nimi uciec. Mogłoby się wydawać, że w tej kwestii mamy jasność, jednak osobliwe zjawisko teoretyczne znane jako proces Penrose sugeruje sposób wydobywania energii z obracającej się czarnej dziury.

Badania doprowadziły naukowców z University of Glasgow do odkrycia sposobu, by dokonać tego w laboratorium. Chodziło o to, by pokazać, że jest to w ogóle możliwe, a wyniki eksperymentu opisano w Nature Physics.

Mechanizm Penrose

Oczywiście nie możemy stworzyć czarnej dziury w warunkach laboratoryjnych, ale naukowcy wykorzystali fale dźwiękowe. Zespół odkrył, że bez problemu możliwe jest wydobycie energii z układu wirującego.

Roger Penrose w 1969 roku po raz pierwszy opisał, w jaki sposób można wykorzystać czarną dziurę jako generator. Teoria opisuje materię lub przedmiot umieszczony na określonej orbicie, nie w horyzoncie zdarzeń czarnej dziury, ale w otaczającym ją obracającym się obszarze czasoprzestrzeni: ergosferze.

Penrose zdał sobie sprawę, że można „ukraść” część energii obrotowej, jeśli materię podzieli się na dwie części. Układając jeden element tak, aby wpadł do czarnej dziury na określonej trajektorii, a drugi kawałek z niej uciekał.

Element, który ucieka, będzie miał więcej energii niż wtedy, gdy został pierwotnie włożony. Dwa lata później Jakow Zeldowicz pokazał, że nie trzeba mieć prawdziwych czarnych dziur, aby to udowodnić. Obracający się cylinder odbijający światło daje podobny efekt.

Problem Zeldowicza

Zeldowicz miał jeden problem: cylinder musi obracać się miliard razy na sekundę, aby działał. Prawie pięćdziesiąt lat później wciąż nie ma technologii do tego typu eksperymentów, ale naukowcy znaleźli sposób na przetestowanie tego zjawiska za pomocą dźwięków.

Skręconą falę dźwiękową z pierścieniem głośników zmuszono do interakcji z obracającym się dyskiem. Po osiągnięciu pewnej prędkości fale odwracają się i kradną część energii dysku przez co stają się głośniejsze.

Przesunięcie Dopplera

Zjawisko opiera się na bardziej znanym przesunięciu Dopplera, które można zaobserwować, gdy źródło fal porusza się względem obserwatora. Naukowcy będąc w stanie potwierdzić teorię sprzed pół wieku chętnie zbadają dalsze możliwości.

Nie jesteśmy jeszcze wystarczająco zaawansowani, aby faktycznie wydobyć energię z obracającej się czarnej dziury, ale ta technologia może mieć interesujące zastosowania w innych dziedzinach.

Liniowa wersja efektu Dopplera jest znana większości ludzi, ponieważ zjawisko to występuje, gdy wydaje się, że dźwięk syreny karetki podnosi się, gdy zbliża się do słuchacza, ale spada, gdy się odwraca. Rotacyjny efekt Dopplera jest podobny, ale efekt ogranicza się do okrągłej przestrzeni. – wyjaśnia Marion Cromb