Кражба на енергия от черна дупка? Да, вече го правят в лаборатория

Трябва да ви разкажа нещо, което ме накара да се почувствам като в бъдещето.

Черните дупки са известни като космически прахосмукачки. Поглъщат всичко наблизо. Дори светлина. Това им е работата.

Но ето какво ме впечатли: от повече от 50 години физиците предполагат, че при точни условия можеш да откраднеш малко енергия от въртяща се черна дупка. Като в някой космически филм с обир. И сега учените го направиха. В лаборатория. С радиовълни.

Серiously. Трябваше да го прочета няколко пъти.

Процесът на Пенроуз: съкровищница от 60-те

Да се върнем в 60-те години. Физикът Роджър Пенроуз измисли нещо невероятно: ако хвърлиш нещо в черна дупка точно по правилния начин, обектът може да се раздели по пътя надолу. Едната част преминава хоризонта на събитията и изчезва завинаги. Другата обаче бяга — и носи със себе си повече енергия, отколкото си започнал.

Ключът е нещото, наречено ергосфера. Това е специална зона около въртяща се черна дупка, където пространство-времето се влачи заедно с нея. Като вода, която се върти около канализацията. Ако пуснеш частица там и тя се раздели, едно парче може да избяга с открадната енергия от въртенето на дупката.

Звучеше като научна фантастика. После друг физик, Яков Зелдович, разшири идеята — вълните също могат да печелят енергия, взаимодействайки с въртящ се обект.

Проблемът? Не можеш просто да си направиш експеримент до черна дупка. Малко е трудно да ги посетиш.

Да сглобиш черна дупка в Бруклин

Тук става интересно. Екип от CUNY Graduate Center реши: „Ами ако си направим въртене, което се държи като черна дупка? Без да въртим нищо всъщност?"

И успяха.

Учените сглобиха пръстен от електронни компоненти — радиочестотни резонатори, подредени в кръг. Трюкът: не въртяха пръстена. Вместо това бързо променяха свойствата на всяка част в точен ред, създавайки модел, който симулираше екстремно въртене.

Представете си онези видеа, където перките на вентилатор изглеждат, че се въртят назад заради камерата. Учените направиха така, че вълните вътре да мислят, че взаимодействат с нещо, въртящо се невероятно бързо — скорости, непостижими механично.

„Създаваме иллюзията на ултрабързо въртене," обясни екипът. „Вълните с правилните свойства извличат енергия от това синтетично движение и се усилват."

Това по същество е процесът на Пенроуз. Само с радиовълни вместо частици. И в уред, който се побира на лабораторна маса.

Защо е важно

Ето защо има значение.

Първо, сега можем да тестваме физиката на черните дупки без да напускаме Земята. Най-екстремните среди във Вселената винаги са били недостъпни за директни експерименти. Сега имаме контролиран начин да пресъздадем съществената физика на тези среди.

Второ, отварят се врати за практически технологии. Същите принципи, които ни позволяват да крадем енергия от симулирано въртене, могат да помогнат за създаване на по-добри системи за комуникации, оптика и фотоника. Ако можеш да усилваш сигнали чрез синтетично въртене, значи можеш да правиш уреди, които са по-ефективни и по-мощни.

Трето, квантовите технологии също печелят. Изследователите предполагат, че подходът може да работи с фотони и квантови системи, което да промени как обработваме и контролираме квантова информация.

Най-якото (поне за мен)

Ето какво ме развълнува най-много.

Тъй като синтетичното въртене може да симулира движение отвъд възможното за физически обекти, изведнъж можем да изучаваме физически режими, немислими до сега. В нормалната физика нищо не може да се върти по-бързо от светлината. Но в тази синтетична система? Математиката играе по други правила.

Това означава, че не просто пресъздаваме съществуваща физика — откриваме какво се случва, когато въртенето отива много отвъд нормалните граници. А това може да доведе до съвсем нови явления, които още не сме си представили.

Учените казват, че има още много работа преди тези концепции да станат реални уреди. Но доказателството за принципа е тук и възможностите са вълнуващи.

На финала

Искрено съм поразен, че живеем във времена, в които „извличане на енергия от симулирана черна дупка" се прави в реални лаборатории. Не научна фантастика. Не теоретични статии от 60-те. Истински експерименти. Истинско усилване. Истински резултати.

Понякога забравяме колко са важни тези неща. Преди 50 години Роджър Пенроуз измисли невероятен процес, базиран на странната физика на въртящите се черни дупки. Днес можем да пресъздадем същността на този процес с радиовълни и хитри инженерни решения.

Какво ли ще донесат следващите 50 години?

Честно? Нямам търпение да разбера.