Возможно ли получить энергию из черной дыры? Ученые имитировали извлечение энергии из вращающейся черной дыры

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Черные дыры — одни из самых интригующих и мощных объектов, населяющих бескрайние просторы Вселенной. Их гравитационное поле настолько интенсивно, что способно искажать саму ткань пространства-времени, затягивая в свою бездну все, что осмелится приблизиться на критическое расстояние. Однако научное сообщество все чаще задается вопросом: может ли эта колоссальная сила, помимо разрушительного потенциала, нести в себе созидательное начало? Способны ли мы обуздать энергию черных дыр и поставить ее на службу человечеству?

Несмотря на кажущуюся фантастичность подобных идей, первые шаги в этом направлении уже сделаны. Недавно группа исследователей провела революционный эксперимент, способный перевернуть наше представление об энергетических возможностях черных дыр. Черпая вдохновение в теоретических работах выдающихся физиков Роджера Пенроуза и Якова Зельдовича, ученые смогли воссоздать в лабораторных условиях процесс извлечения энергии из вращающейся черной дыры, открывая перед нами захватывающие перспективы.

Черная дыра в лаборатории, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com
Путь от космического мусоровоза к электромагнитным волнам

В далеком 1969 году Роджер Пенроуз выдвинул смелую гипотезу о возможности извлечения энергии из черной дыры с помощью механического воздействия. Он представил космический корабль, нагруженный «космическим мусором», который приближается к черной дыре и сбрасывает свой груз в ее ненасытную гравитационную пасть. Вращение черной дыры, порождающее область искривленного пространства-времени, известную как эргосфера, придает кораблю дополнительный импульс, словно выталкивая его из гравитационного колодца.

Несмотря на теоретическую обоснованность этой идеи, ее практическая реализация сопряжена с рядом трудностей. Более перспективным направлением исследований стало использование электромагнитных волн. В 1971 году Яков Зельдович продемонстрировал, что любое вращающееся тело, поглощающее часть падающей на него энергии, способно усиливать электромагнитные волны. Проще говоря, если направить луч света на вращающуюся черную дыру, часть этого света будет усилена за счет эффекта увлечения пространства-времени, вызванного вращением.

Воссоздание космического феномена в лаборатории

Долгое время эффект Зельдовича оставался лишь теоретической концепцией, не поддающейся экспериментальной проверке. Использовать настоящую черную дыру для проведения опытов было невозможно. Однако ученые нашли оригинальный выход из этой ситуации. Они осознали, что эффект Зельдовича должен проявляться не только вблизи черных дыр, но и вблизи любых вращающихся объектов, способных поглощать энергию.

a Эскиз предложения Зельдовича 1971 года: волна в форме пончика с орбитальным угловым моментом набегает на вращающийся металлический цилиндр. При выполнении условия уравнения (1) волна скорее приобретает, чем теряет энергию из-за присутствия цилиндра. b Эскиз нашего предложения: ЭМ-поле со спиновым угловым моментом набегает на вращающийся металлический цилиндр. Обе (со- и противовращающаяся) спиновые компоненты возникают в результате разложения линейно поляризованного магнитного поля B0 (синяя и голубая стрелки), как показано также на вставке (c). c Экспериментальная схема показывает вращающийся металлический цилиндр, помещенный в зазор тороидального феррита. Катушка охватывает участок тороида и индуцирует осциллирующее магнитное поле B0 в пустом зазоре. На нижней диаграмме в упрощенном виде показано, как при наличии цилиндра, согласно теории Зельдовича, в зависимости от скорости его вращения Ω по сравнению с частотой колебаний поля ω, он может либо поглощать, либо усиливать (соответственно уменьшая или увеличивая общее поле B по отношению к B0). d Схема эквивалентной RLC-цепи. R0 — это омическое рассеяние катушки, а диэлектрические потери представлены Rp. Влияние скорости цилиндра на поле, а значит, на ток и напряжение в цепи, моделируется как эффективное сопротивление (и индуктивность). Измерения проводятся через считывающий конденсатор Cr.
Автор: Braidotti, M.C., Vinante, A., Cromb, M. et al. Amplification of electromagnetic fields by a rotating body. Nat Commun 15, 5453 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-49689-w CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

В 2020 году группа исследователей сделала первый шаг к экспериментальному подтверждению теории Зельдовича, используя звуковые волны. Они направили низкочастотный звук на вращающийся диск, который поглощал часть акустической энергии, и зарегистрировали усиление звуковых волн. Это стало первым эмпирическим доказательством эффекта Зельдовича.

Следующим логическим шагом было проведение аналогичного эксперимента с электромагнитными волнами. Именно эту задачу успешно решили ученые в своем новом исследовании. Они создали резонансный контур, способный фокусировать колебания магнитного поля на вращающийся алюминиевый цилиндр. Вращение цилиндра, подобно вращению черной дыры, приводило к усилению магнитного поля, что полностью соответствовало предсказаниям Зельдовича.

На пути к новой энергетической революции?

Результаты этого эксперимента имеют колоссальное значение для науки и техники. Они не только подтверждают фундаментальные законы физики, описывающие поведение пространства-времени вблизи вращающихся объектов, но и открывают перед нами захватывающие перспективы в области энергетических технологий. Возможно, в будущем мы сможем создавать устройства, способные извлекать энергию из вращающихся тел, подобно тому, как это происходит в окрестностях черных дыр.

Примечательно, что сама экспериментальная установка, использованная учеными, оказалась удивительно простой. Она напоминает индукционный генератор, применяемый в ветряных турбинах. Это наблюдение наводит на мысль, что решение некоторых научных загадок может быть гораздо ближе, чем мы привыкли думать. Возможно, ответы на многие вопросы уже находятся перед нами, нужно лишь научиться их видеть и правильно интерпретировать.

1 комментарий

Y
Теоретически можно из маленькой чёрной дыры сделать большую бомбу.
Хотелось бы узнать у уважаемой Ruby Rougarou — какие успехи учёных в этом направлении?

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Собаки стареют точно так же, как люди. Как это поможет продлить нашу жизнь?

Домашние собаки делят с человеком общее пространство жизнедеятельности. Они подвергаются воздействию тех же факторов окружающей среды, пьют воду из аналогичных источников, ведут схожий по...

Сигнал из «космического полдня»: открыт самый далекий гигантский природный радиолазер ранней Вселенной

Астрономы зарегистрировали радиосигнал от молекул гидроксила, отправленный из галактики на расстоянии более половины наблюдаемой Вселенной. Это излучение классифицируется как космический мазер....

Почему человек — единственное живое существо, которое плачет от эмоций?

Слезная жидкость выполняет базовые физиологические функции у всех позвоночных животных. Она постоянно увлажняет роговицу, доставляет кислород к тканям глаза и защищает слизистую оболочку от...

Как подобрать сплит-систему по площади, BTU и высоких потолках: инструкция, которая избавит от типичных ошибок

Как подобрать кондиционер, чтобы не мёрзнуть и не потеть? Рассказываю про формулу 1 кВт на 10 м², BTU, солнечную сторону, высоту потолков и почему нельзя ставить сплит напротив кровати.

Гигантские изоподы не едят по пять лет: как им это удаётся и при чём здесь бактерии Chlamydiae

Гигантские морские мокрицы живут на глубине и не едят по пять лет. Как они это делают? Огромный желудок, сонный обмен веществ и бактерии-помощники. Без воды и сложных терминов.

Обзор наушников Kiwi Ears Septet: музыкальные полуоткрытые «квадриды»

Kiwi Ears Septet — семидрайверные требовательные квадриды (наушники с четырьмя типами излучателей) с качественным звуком, частично открытой акустической конструкцией, удобной посадкой и...