Черные дыры — неисчерпаемый источник энергии

Еще в 1969 году была озвучена теория, что эргосфера черной дыры способна генерировать энергию. Автор теории — английский физик Роджер Пенроуз. Он считал, что попавший в эргосферу объект вынужден вращаться с огромной скоростью и при этом получает энергию с отрицательным значением. Если одна часть объекта останется в черной дыре, а вторую будет располагаться снаружи, это компенсирует потерю энергии —  вторая часть объекта получит энергию, приобретенную от вращения черной дыры. Фактически такой источник энергии был бы неисчерпаемым. Однако для выполнения этой задачи требуется инженерное решение поистине огромного масштаба — с ней справится лишь очень продвинутая в технологическом плане цивилизация.

Черные дыры могут служить источником энергии, но до недавнего времени эту теорию не удавалось доказать

Способ доказательства теории Пенроуза спустя два года нашел советский физик Яков Зельдович. По его мнению, квантовые флуктуации и классические волны, отраженные от вращающегося с нужной скоростью металлического цилиндра, будут получать дополнительную энергию и ускоряться. Эта концепция является ключевым шагом на пути к пониманию того, что черные дыры могут усиливать квантовые флуктуации. Но на тот момент возникли сложности с выполнением требования, согласно которому частота вращения цилиндра должна превышать частоту входящей волны. То есть цилиндр должен совершать, по крайней мере, 1 млрд оборотов в секунду — с 1971 года и по сей день эта задача была невыполнима. Но сейчас группа ученых из Университета Глазго решила использовать в эксперименте не световые, а звуковые волны. Звук лучше подходит для лабораторных условий, т.к. является источником более низких частот. Статья под названием «Усиление волн от вращающегося тела» появилась в Nature Physics.

Исследователи применили экспериментальную установку, включающую в себя кольцевой динамик для скручивания звуковых волн, которые направлены на звукопоглощающий пенопластовый диск. За ним находятся микрофоны — они улавливают звук и скорость вращения диска постоянно нарастает. Для подтверждения теорий 50-летней давности требовалось выявить, что частота и амплитуда акустических волн изменяются определенным образом, когда они проходят через диск.

Лабораторная установка для доказательства теорий Пенроуза и Зельдовича. Изображение: University of Glasgow

В описанном опыте громкость звука снижалась, тогда как скорость вращения диска нарастала, пока звук не становился очень тихим. Затем громкость снова повышалась и достигала предыдущего уровня, но амплитуда звука была на 30% больше, чем первоначальная.

Результат эксперимента был нестандартным для классической физики. Частота акустических волн сместилась до нулевых значений — это происходило постепенно, пока нарастала скорость вращения диска. Потом звук возобновился, так как частота стала отрицательной. Такие отрицательные волны смогли забрать часть энергии у диска и при этом звук становился более высоким — все, как предположил Зельдович. Это доказывает, что при должном уровне технологического развития черные дыры могут выступать в качестве неиссякаемого источника энергии.