Παραγωγή ενέργειας από μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα! Πείραμα επιβεβαιώνει θεωρία 50 ετών!

Μια θεωρία 50 ετών που ξεκίνησε ως ένα φανταστικό σενάριο σχετικά με το πώς ένας εξωγήινος πολιτισμός θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει μια μαύρη τρύπα για να παράγει ενέργεια επιβεβαιώθηκε πειραματικά για πρώτη φορά σε ένα ερευνητικό εργαστήριο της Γλασκόβης.

Το 1969, ο Βρετανός φυσικός Roger Penrose πρότεινε ότι η ενέργεια θα μπορούσε να παραχθεί τοποθετώντας ένα αντικείμενο στην εργοσφαίρα μιας μαύρης τρύπας (το εξωτερικό στρώμα του ορίζοντα συμβάντων της μαύρης τρύπας, όπου ένα αντικείμενο θα πρέπει να κινείται πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός για να παραμείνει ακίνητο).

Ο Penrose προέβλεψε ότι το αντικείμενο θα αποκτήσει αρνητική ενέργεια σε αυτήν την ασυνήθιστη περιοχή του χώρου. Αν το αντικείμενο χωριστεί σε δύο τμήματα έτσι ώστε το μισό να πέσει στη μαύρη τρύπα ενώ το άλλο να διαφύγει, το ανακτημένο μισό θα κερδίσει ενέργεια που θα εξαχθεί από την περιστροφή της μαύρης τρύπας. Η κλίμακα της μηχανικής που θα απαιτούσε η διαδικασία αυτή είναι κολοσσιαία, ωστόσο, ο Penrose πρότεινε ότι ένας πολύ προχωρημένος, ίσως εξωγήινος, πολιτισμός θα μπορούσε να το πετύχει.

Δύο χρόνια αργότερα, ένας άλλος φυσικός με το όνομα Yakov Zel'dovich πρότεινε ότι η θεωρία θα μπορούσε να δοκιμαστεί με ένα πιο πρακτικό, γήινο πείραμα. Πρότεινε ότι ελικοειδή κύματα φωτός, χτυπώντας την επιφάνεια ενός περιστρεφόμενου μεταλλικού κυλίνδρου που στρέφεται με τη σωστή ταχύτητα, θα καταλήξουν να αντανακλώνται με επιπλέον ενέργεια που εξάγεται από την περιστροφή του κυλίνδρου χάρη σε ένα παράξενο φαινόμενο περιστροφικού doppler.

Αλλά η ιδέα του Zel'dovich παρέμεινε αποκλειστικά στο πεδίο της θεωρίας από το 1971 επειδή, για να λειτουργήσει το πείραμα, ο προτεινόμενος μεταλλικός κύλινδρος θα χρειαζόταν να περιστραφεί τουλάχιστον ένα δισεκατομμύριο φορές το δευτερόλεπτο - μια άλλη ανυπέρβλητη πρόκληση για τα τρέχοντα όρια της ανθρώπινης μηχανικής.

Τώρα, ερευνητές από τη Σχολή Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου της Γλασκόβης βρήκαν επιτέλους έναν τρόπο για να δείξουν πειραματικά την επίδραση που πρότειναν οι Penrose και Zel'dovich με κύματα ήχου αντί φωτός, με πολύ χαμηλότερη συχνότητα και επομένως, πολύ πιο εύκολο να προσομοιωθεί στο εργαστήριο.

Σε ένα νέο άρθρο που δημοσιεύθηκε στις 23 Ιουνίου 2020 στο Nature Physics, η ομάδα περιγράφει πώς δημιούργησαν ένα σύστημα που χρησιμοποιεί ένα σύνολο ηχείων σε δακτυλιοειδή σχήμα για να δημιουργήσει μια συστροφή στα ηχητικά κύματα ανάλογα με τη συστροφή στα φωτεινά κύματα που πρότεινε ο Zel'dovich.

Αυτά τα ελικοειδή ηχητικά κύματα στράφηκαν προς έναν περιστρεφόμενο δίσκο κατασκευασμένο από αφρώδες υλικό. Ένα σετ μικροφώνων κατέγραφε τον ήχο καθώς περνούσε μέσα από το δίσκο, ο οποίος αύξανε σταθερά την ταχύτητα περιστροφής του.

Αυτό που η ομάδα έψαχνε να βρει για να εκτιμήσει αν οι θεωρίες του Penrose και του Zel'dovich ήταν σωστές ήταν μια διακριτική αλλαγή στη συχνότητα και το πλάτος των ηχητικών κυμάτων καθώς ταξίδευαν μέσω του δίσκου, που προκαλείται από αυτό το παράξενο φαινόμενο doppler.

Η Marion Cromb, διδακτορική φοιτήτρια στη Σχολή Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου, είναι η κύριας συγγραφέας του άρθρου. Η Μάριον είπε: «Η γραμμική εκδοχή του φαινομένου doppler είναι γνωστή στους περισσότερους ανθρώπους, καθώς η συχνότητα (δηλαδή η οξύτητα) μιας σειρήνας ασθενοφόρου φαίνεται να αυξάνεται καθώς πλησιάζει τον ακροατή, αλλά πέφτει απότομα καθώς απομακρύνεται από αυτόν. Φαίνεται να αυξάνεται, επειδή τα ηχητικά κύματα φτάνουν στον ακροατή «πιεσμένα» καθώς πλησιάζει το ασθενοφόρο και «εκτεταμένα» καθώς απομακρύνεται.

«Το φαινόμενο περιστροφικού doppler είναι παρόμοιο, αλλά το αποτέλεσμα περιορίζεται σε έναν κυκλικό χώρο. Τα ηχητικά κύματα αλλάζουν το πλάτος τους όταν μετριούνται από την άποψη της περιστρεφόμενης επιφάνειας. Εάν η επιφάνεια περιστρέφεται αρκετά γρήγορα, η ηχητική συχνότητα μπορεί να κάνει κάτι πολύ παράξενο - μπορεί να πάει από μια θετική συχνότητα σε μια αρνητική και με αυτόν τον τρόπο, να κλέψει ενέργεια από την περιστροφή της επιφάνειας».

Καθώς η ταχύτητα του περιστρεφόμενου δίσκου αυξάνεται κατά τη διάρκεια του πειράματος, η ένταση του ήχου που καταγράφουν τα μικρόφωνα μειώνεται μέχρι να γίνει πολύ χαμηλή για να ακουστεί. Στη συνέχεια, η ένταση αρχίζει να αυξάνεται πάλι μέχρι να φτάσει στο προηγούμενο επίπεδο - αλλά και ακόμα πιο δυνατά, με πλάτος κύματος έως και 30% μεγαλύτερο από τον αρχικό ήχο που προέρχεται από τα ηχεία.

Η Marion πρόσθεσε: «Αυτό που ακούσαμε κατά τη διάρκεια του πειράματός μας ήταν εξαιρετικό. Η συχνότητα των ηχητικών κυμάτων μετατοπίζεται στο μηδέν καθώς αυξάνεται η ταχύτητα περιστροφής του δίσκου. Όταν ο ήχος ακούγεται πάλι, αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα κύματα έχουν μετατοπίστηκε από θετική συχνότητα σε αρνητική συχνότητα. Αυτά τα κύματα αρνητικής συχνότητας είναι ικανά να πάρουν μέρος της ενέργειας από τον δίσκο που περιστρέφεται και να γίνουν πιο δυνατά όπως προέβλεψε ο Ζέλντοβιτς το 1971».

Ο καθηγητής Daniele Faccio, επίσης από τη Σχολή Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου της Γλασκόβης, είναι συν-συγγραφέας του άρθρου. Ο καθηγητής Faccio πρόσθεσε: «Είμαστε ενθουσιασμένοι που μπορέσαμε να επαληθεύσουμε πειραματικά κάποια εξαιρετικά περίεργη φυσική, μισό αιώνα μετά την πρώτη διατύπωση της θεωρίας. Πιστεύουμε ότι καταφέραμε να επιβεβαιώσουμε μια θεωρία ηλικίας μισού αιώνα με κοσμική προέλευση εδώ στο εργαστήριό μας και θεωρούμε ότι θα ανοίξει πολλές νέες οδούς επιστημονικής έρευνας. Θέλουμε να δούμε πώς μπορούμε να διερευνήσουμε την επίδραση σε διάφορες πηγές, όπως τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα στο εγγύς μέλλον».

[Σημ. Research Highligts: Όπως φαίνεται λοιπόν ο Penrose είχε δίκιο. Ισως κάποιος πολιτισμός να το έχει ήδη καταφέρει, αν η τεχνολογία και η επιστήμη του έχει φτάσει σε επίπεδο που εμείς ακόμα δεν μπορούμε να φανταστούμε!].

Δείτε το σχετικό βίντεο του πειράματος: https://youtu.be/ES2VxhRAkUM

ΠΗΓΗ: phys.org

ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ: Μαύρη Τρύπα. (CC BY 2.0).

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ: Αστροφυσικοί, επαλήθευσαν ακόμα μία πρόβλεψη της θεωρίας τηςσχετικότητας του Αϊνστάϊν!