Stworzyli „czarną dziurę” na stoisku laboratoryjnym. Fizycy zaobserwowali niezwykły efekt!
Czarne dziury należą do najbardziej tajemniczych obiektów we Wszechświecie. Ich grawitacja jest tak potężna, że zakrzywia czas i przestrzeń, a w pobliżu wirujących czarnych dziur może dochodzić do niezwykłego zjawiska przewidzianego ponad pół wieku temu przez fizyków. Teraz naukowcy stworzyli laboratoryjny układ, który pozwala badać ten efekt bez konieczności obserwowania prawdziwej czarnej dziury.
Zespół badaczy z Advanced Science Research Center przy CUNY Graduate Center opracował specjalny układ elektroniczny, który zachowuje się tak, jakby obracał się z ekstremalną prędkością. W rzeczywistości urządzenie pozostaje nieruchome – naukowcy stworzyli jedynie wzorzec zmian w jego właściwościach, który dla fal elektromagnetycznych wygląda jak superszybka rotacja.
To osiągnięcie pozwala testować idee znane wcześniej głównie z teorii astrofizycznych i może mieć znaczenie dla rozwoju nowych technologii optycznych, komunikacyjnych oraz kwantowych.
Pomysł Penrose’a przeniesiony do laboratorium
W latach 60. XX wieku fizyk Roger Penrose zaproponował, że obracająca się czarna dziura mogłaby być źródłem energii. W pobliżu takiego obiektu istnieje obszar zwany ergosferą, gdzie czasoprzestrzeń jest „wciągana” przez obrót czarnej dziury. Według teorii odpowiednio wykorzystany proces mógłby pozwolić na wydobycie części energii rotacji.
Kilka lat później fizyk Jakow Zeldowicz przewidział podobne zjawisko dla fal elektromagnetycznych oddziałujących z szybko wirującym obiektem. Problem polegał na tym, że stworzenie materiału obracającego się wystarczająco szybko było praktycznie niemożliwe.
Naukowcy z CUNY znaleźli inne rozwiązanie. Zamiast wprawiać urządzenie w ruch, wykorzystali pierścieniową sieć elektronicznych rezonatorów. Ich właściwości były zmieniane w precyzyjnie zaprogramowany sposób, tworząc „wędrujący” wzór, który dla fal elektromagnetycznych zachowywał się tak, jakby cały układ wirował z ogromną prędkością. Eksperyment wykazał, że fale o określonych właściwościach mogą zostać wzmocnione – podobnie jak przewidywały wcześniejsze teorie dotyczące wirujących czarnych dziur.
Od kosmosu do przyszłych technologii
Choć urządzenie nie jest prawdziwą czarną dziurą i nie odtwarza jej grawitacji, pozwala badać podobne mechanizmy fizyczne w kontrolowanych warunkach. To ważne, ponieważ wiele zjawisk przewidywanych przez teorię względności jest niezwykle trudnych albo niemożliwych do bezpośredniego sprawdzenia w kosmosie.
Zdaniem naukowców nowa platforma może pomóc w badaniu zjawisk związanych z fizyką fal, fotoniką i technologiami kwantowymi. W przyszłości podobne rozwiązania mogą znaleźć zastosowanie przy projektowaniu nowych systemów komunikacyjnych, czujników oraz urządzeń wykorzystujących nietypowe właściwości światła. Odkrycie pokazuje również siłę fizyki analogowej – zamiast odtwarzać całe ekstremalne środowisko kosmiczne, naukowcy budują układy, które naśladują najważniejsze elementy badanego zjawiska.
Jeszcze niedawno pomysły dotyczące energii wydobywanej z wirujących czarnych dziur należały przede wszystkim do świata teorii. Dziś część z nich można sprawdzać na stole laboratoryjnym. To kolejny przykład, że granica między fizyką kosmosu a technologią przyszłości staje się coraz mniej wyraźna.
Źródło: Advanced Science Research Center, CUNY Graduate Center
Czytaj też: Nikt nie ukryje broni atomowej? Kosmiczny system ostrzegania zmieni zasady gry!
Grafika tytułowa: ThisisEngineering / Unsplash
