Komolyan ki lehet rabolni egy fekete lyukat?

Hadd mondjak valamit, amitől úgy érezheted, hogy a jövőben élünk.

A fekete lyukak az univerzum legdurvább porszívói. Mindent beszippantanak, ami túl közel kerül. Még a fényt is. Ez a lényegük.

De itt jön a lenyűgöző rész: több mint ötven éve létezik egy elmélet, miszerint a megfelelő körülmények között ki lehet sajátítani egy pörgő fekete lyuk egy kis energiáját. Mintha valami kozmikus rablásfilmben lennénk. És most? Kutatók megcsinálták. Egy laborban. Rádióhullámokkal.

Igen, én is többször el kellett olvasnom.

A Penrose-folyamat: egy ötvenéves álom

Vissza a hatvanas évekbe. Roger Penrose fizikusnak egy vad ötlete támadt: ha pontosan megfelelő módon dobunk valamit egy pörgő fekete lyukba, az az objektum széteshet a becsapódás során. Az egyik darab átlépi az eseményhorizontot (örökre búcsú), de a másik darab kiszökik — és több energiával, mint amennyivel indult.

A kulcs az ergoszférához kötődik. Ez egy különleges zóna a pörgő fekete lyuk körül, ahol maga a téridő sodródik a lyukkal együtt, mint a víz a lefolyó körül. Ha ebbe a zónába dobunk egy részecskét, és az szétesik, az egyik darab kiszökhet, magával víve a fekete lyuk pörgési energiáját.

Fantasztikusan hangzott, amikor Penrose előállt vele. Később egy másik zseniális fizikus, Jakov Zeldovics továbbgondolta az ötletet: szerinte hullámok is hasonlóan viselkedhetnek — energiát nyerhetnek egy forgó objektummal való kölcsönhatásból.

Az egyetlen probléma: nem igazán lehet kísérletezni egy fekete lyuk mellett. Hát, meglehetősen nehéz odajutni.

Fekete lyuk építése Brooklynban

Itt lesz igazán érdekes a történet. A CUNY Graduate Center egyik csapata gondolt egyet: mi lenne, ha létrehoznánk egy saját forgást, ami úgy viselkedik, mint egy fekete lyuk? Anélkül, hogy bármit is fizikailag megpörgetnénk?

És sikerült.

A kutatók egy elektronikus alkatrészekből álló gyűrűt építettek — konkrétan rádiófrekvenciás rezonátorokat — körmintában elrendezve. A trükk viszont ez: nem forgatták a gyűrűt. Ehelyett gyorsan és időzítetten változtatták az egyes komponensek tulajdonságait, így egy utazó mintázatot hoztak létre, amely szélsőséges forgást szimulált.

Képzeld el, mint amikor egy ventilátor lapátjai visszafelé tűnnek forogni a kamera miatt. A kutatók úgy tervezték a rendszert, hogy a hullámok úgy érezzék, mintha valami hihetetlen sebességgel pörgő objektummal lépnének kölcsönhatásba — olyan sebességgel, amit mechanikusan lehetetlen elérni.

„Az ultrafast forgás illúzióját hozzuk létre" — magyarázta a kutatócsapat. „A megfelelő tulajdonságú hullámok energiát vonnak ki ebből a szintetikus mozgásból, és felerősödnek."

Ez gyakorlatilag a Penrose-folyamat. Csak részecskék helyett rádióhullámokkal. És egy laborasztalra pakolható eszközzel.

Miért olyan nagy ügy ez?

Nézzük, miért fontos ez.

Először is: végre tesztelhetjük a fekete lyukak fizikáját földi laborban. Az univerzum legextrémabb környezetei — fekete lyukak, neutroncsillagok, ahol a téridő őrülten görbül — eddig elérhetetlenek voltak a kísérletezéshez. Most van egy kontrollált módszerünk ezek alapvető fizikájának újrajátszására.

Másodszor: ajtót nyit a gyakorlati technológiák felé. Ugyazok az elvek, amelyekkel energiát vonhatunk ki egy szimulált fekete lyuk forgásából, segíthetnek jobb kommunikációs rendszerek, optikai eszközök és fotonikus megoldások tervezésében. Ha jeleket erősíthetünk szintetikus forgással, hatékonyabb, szelektívebb és erősebb eszközöket építhetünk.

Harmadszor: a kvantumtechnológia is profitálhat. A kutatók szerint ugyanez a megközelítés működhet fotonokkal és kvantumrendszerekkel, ami forradalmasíthatja a kvantuminformáció feldolgozását és irányítását.

A legmenőbb rész (szerintem legalábbis)

Amit igazán izgatónak találok.

Mivel a szintetikus forgás olyan mozgást tud szimulálni, amit fizikai objektumok soha nem érhetnek el, most hirtelen olyan fizikai rezsimeket tanulmányozhatunk, amelyek korábban elképzelhetetlenek voltak. A normál fizikában semmi sem foroghat gyorsabban, mint a fénysebesség. De ebben a szintetikus rendszerben? A matematika más szabályok szerint játszik.

Ez azt jelenti, hogy nem csak meglevő fizikát másolunk — felfedezzük, mi történik, amikor a forgás messze túlmutat a szokásos korlátokon. És ez teljesen új jelenségekhez vezethet, amelyeket még el sem tudtunk képzelni.

A kutatók maguk is mondják, hogy még rengeteg munka van hátra, mire ezek a koncepciók valódi eszközökké válnak. De az elv bizonyított, és az lehetőségek őszintén szólva izgalmasak.

Összefoglalás

Őszintén lenyűgöző, hogy egy olyan korban élünk, ahol „energiát vonunk ki egy szimulált fekete lyukból" valós dolog a laborokban. Nem sci-fi. Nem hatvanas évekbeli elméleti cikkek. Valódi kísérletek. Valódi erősítés. Valódi eredmények.

Néha elfelejtjük, mekkorát léptünk. Ötven évvel ezelőtt Roger Penrose egy lehetetlennek tűnő folyamatot képzelt el a pörgő fekete lyukak furcsa fizikája alapján. Ma már újraalkothatjuk ennek a folyamatnak a lényegét rádióhullámokkal és okos mérnökmunkával.

Mit hoz a következő ötven év?

Őszintén? Alig várom, hogy kiderüljön.