Cože? Lze ukrást energii z černé díry?

Musím vám říct o něčem, co vás donutí uvěřit, že jsme oficiálně vstoupili do budoucnosti.

Černé díry jsou proslulé tím, že jsou vakuum celého vesmíru — pohlcují všechno, co se přiblíží, a nic neunikne. Ani světlo. Je to vlastně jejich celá podstata.

Ale tady je něco, co mě fakt bere: déle než padesát let fyzici teorizují, že za správných podmínek byste mohli rotující černé díře ukrást část její energie. Jako v nějakém kosmickém filmu o loupeži. A teď to výzkumníci dokázali. V laboratoři. S rádiovými vlnami.

Jo, vím. Tohle jsem taky musel přečíst několikrát.

Penroseův proces: Padesát let stará fantazie

Vraťme se do šedesátých let. Fyzik Roger Penrose přišel s bláznivým nápadem: když hodíte něco do rotující černé díry přesně správným způsobem, ten objekt se může během pádu rozpadnout. Jeden kus překročí horizont událostí (sbohem navždy), ale druhý unikne — a nese s sebou více energie, než jste měli na začátku.

Klíčem je takzvaná ergosféra. Je to divná oblast kolem rotující černé díry, kde se samotný časoprostor nechává vláčet jako na rodeu — rotuje spolu s černou dírou jako voda kroužící kolem odpadu. Když do této zóny hodíte částici a ta se náhodou rozpadne, jeden úlomek může uniknout s energií ukradenou z rotace černé díry.

Znělo to jako sci-fi, když to Penrose navrhl. Později jiný skvělý fyzik, Jakov Zeldovič, myšlenku rozšířil — naznačil, že podobně by si mohly vést i vlny — získávat energii interakcí s rotujícím objektem.

Jediný problém? Nemůžete si zrovna postavit experiment vedle černé díry. Trochu obtížně se k nim dostává.

Stavění černé díry v Brooklynu

Tady přichází ta zábavná část. Tým na CUNY Graduate Center si řekl: „A co kdybychom si prostě vytvořili vlastní rotaci, která se chová jako černá díra? Aniž bychom cokoliv fyzicky roztáčeli?"

A povedlo se.

Výzkumníci postavili kruh z elektronických součástek — konkrétně rádiových rezonátorů — uspořádaných do kruhu. Ale tady je ta chytrá část: kruh netočili. Místo toho rychle měnili vlastnosti každé součástky v pečlivě načasované sekvenci a vytvořili tak cestující vzor, který simuloval extrémní rotaci.

Představte si to jako ta videa, kde se lopatky ventilátoru zdánlivě otáčejí dozadu kvůli tomu, jak kamera snímá obrazy. Výzkumníci navrhli systém tak, aby vlny uvnitř měly dojem, že interagují s něčím rotujícím neuvěřitelnou rychlostí — rychlostmi, které by mechanicky nešly dosáhnout.

„Vytváříme iluzi ultrarychlé rotace," vysvětlili. „Vlny se správnými vlastnostmi z této syntetické rotace energii odebírají a rozmnožují se."

To je v podstatě Penroseův proces. Ale s rádiovými vlnami místo částic. A v zařízení, které se vejde na laboratorní stůl.

Proč na tom záleží

Rozdělme si, proč je to tak důležité.

Za prvé, konečně můžeme testovat fyziku černých děr bez opuštění Země. Nejextrémnější prostředí vesmíru — černé díry, neutronové hvězdy, oblasti kde se časoprostor šíleně kroutí — byla vždy mimo dosah přímého experimentování. Teď máme kontrolovaný způsob, jak znovu vytvořit podstatnou fyziku těchto prostředí.

Za druhé, otevírá to dveře praktickým technologiím. Stejné principy, které vám umožňují čerpat energii ze simulované rotace černé díry, by nám mohly pomoct navrhovat lepší systémy pro komunikaci, optiku a fotoniku. Když dokážete zesilovat signály pomocí syntetické rotace, můžete stavět zařízení, která jsou efektivnější, selektivnější a výkonnější.

Za třetí, kvantové technologie by také mohly těžit. Výzkumníci naznačují, že stejný přístup by mohl fungovat s fotony a kvantovými systémy, což by mohlo revolučně změnit, jak zpracováváme a kontrolujeme kvantovou informaci.

Ta nejkrásnější část (aspoň pro mě)

Tady je to, co mě opravdu nadchuje.

Protože syntetická rotace může simulovat pohyb za hranicemi toho, čeho mohou fyzické objekty dosáhnout, najednou můžeme studovat fyzikální režimy, které byly dříve nepředstavitelné. V normální fyzice nemůže nic rotovat rychleji, než by dovolila rychlost světla. Ale v tomto syntetickém systému? Matematika si hraje podle jiných pravidel.

To znamená, že nejen znovu vytváříme existující fyziku — objevujeme, co se stane, když rotace jde mnohem za normální limity. A to by mohlo vést k naprostým novým jevům, které jsme si ještě nepředstavili.

Sami výzkumníci říkají, že je ještě hodně práce předtím, než se tyto koncepty přeloží do reálných zařízení. Ale důkaz konceptu tu je a možnosti jsou upřímně vzrušující.

Závěrem

Upřímně mě fascinuje, že žijeme v době, kdy „odebírání energie simulované černé díře" je něco, co lidé dělají v skutečných laboratořích. Ne sci-fi. Ne teoretické práce z šedesátých let. Reálné experimenty. Reálné zesílení. Reálné výsledky.

Někdy si myslím, že bereme tyto pokroky jako samozřejmost. Před padesáti lety Roger Penrose vymyslel proces, který vypadal nemožně, založený na divné fyzice rotujících černých děr. Dnes můžeme znovu vytvořit podstatu tohoto procesu pomocí rádiových vln a chytrého inženýrství.

Co přinese dalších padesát let?

Upřímně? Nemůžu se dočkat, až to zjistím.