50 év után egy kísérlet azt igazolja, hogy lehetséges energiát kinyerni egy fekete lyukból

Egy 50 éves elméleti eljárás, melynek célja az energia kinyerése egy forgó fekete lyukból, végül kísérleti megerősítést nyert. A szüksé...

Ez a fiatal nő azt állítja, hogy három hibrid gyermeke van, miután idegenek távolították el a petesejtjeit

Egy informátor azt állítja, hogy a Pfizer meghamisította a klinikai vizsgálataiból származó adatokat

A nácik állítólag a halhatatlansággal is kísérleteztek, és sikerrel jártak

Egy 50 éves elméleti eljárás, melynek célja az energia kinyerése egy forgó fekete lyukból, végül kísérleti megerősítést nyert.

A szükséges analóg alkotóelemek felhasználásával a fizikusok megmutatták, hogy a Penrose-folyamat valóban megvalósítható mechanizmus a forgási energia egy részének kinyerésére, ha valaha sikerül kifejlesztenünk ilyen eszközöket.

Ez nem valószínű, de a munka megmutatja, hogy a sajátos elméleti ötletek ragyogóan felhasználhatók az univerzumban található legszélsőségesebb objektumok fizikai tulajdonságainak feltárására.

A fekete lyukak vadak - egy csillag életciklusának végső szakasza, ami olyan grandiózus, hogy amint szupernóvává vált, a mag többé nem képes ellenállni a saját gravitációjának, és teljesen összeomlik egy szingularitásba, a végtelen sűrűség egydimenziós pontjába.

Ez a szingularitás az eseményhorizontnak nevezett régióban helyezkedik el - azon a ponton, ahol a fekete lyuk körül a gravitáció olyan erős, hogy még a fénysebesség sem elegendő a menekülési sebesség eléréséhez. És az eseményhorizonton kívül a téridő nagy kiterjedésű térsége elcsavarodik, amikor azt a fekete lyuk a forgásával együtt elhúzza, ezt a hatást térszerkezet sodrásnak nevezik.

Itt lép be a Penrose-folyamat. 1969-ben Roger Penrose matematikai fizikus vetette fel, hogy az eseményhorizonton kívül egy ergoszférának nevezett régiót, ahol a térszerkezet sodrás a legerősebb, fel lehetne használni az energia kinyerésére.

Penrose számításai szerint, ha az ergoszférába eső tárgy kettéválik, az egyik része az eseményhorizonton túl lesz. A másik azonban kifelé gyorsul, további lendületet kapva a fekete lyuktól. Ha minden rendben megy, akkor az ergoszférából körülbelül 21 százalékkal több energiával lép ki, mint amennyivel belépett.

Jelenleg azonban nem mehetünk át egy fekete lyukon, hogy ezt teszteljük. Jakov Zeldovics szovjet fizikus 1971-ben azonban egy gyakorlati kísérletet javasolt. Ebben a fekete lyukat egy forgó fém henger helyettesíti, amire megcsavarodott fénysugarakat lőnek. Ha a henger a megfelelő sebességgel forog, akkor a fény a henger forgásából származó kiegészítő energiával tükröződik vissza, a forgás közbeni Doppler-effektusnak nevezett jelenség miatt.

Ez akkor látható, amikor egy forgó forrás hullámokat bocsát ki, amelyek a forgás irányától függően rövidebbek és hosszabbak. A felénk forduló oldal hullámai rövidülni fognak; a hullámok az elforduló oldalon meghosszabbodnak. A csillagászok így tudják felmérni a csillagok és galaxisok forgását.

Zeldovics javaslatával csupán egy probléma volt. A forgó henger sebességének másodpercenként legalább 1 milliárd fordulatnak kell lennie - ne feledjük, hogy még mindig sokkal nagyobb a gyakorlati lehetőség erre, mint egy fekete lyuk esetében megvizsgálni a valóságban.

Tehát ott volt ez a probléma, amire a Glasgowi Egyetemen található Fizikai és Csillagászati Intézetben dolgozó fizikusok egy csoportja javasolt egy megoldást. Egy Zeldovics munkáján alapuló kísérletet dolgoztak ki, de a fényhullámok helyett hanghullámokat használtak. (1)

A kísérlet egy hangszóró gyűrűből állt, amely úgy lett beállítva, hogy egy csavart hozzon létre a hanghullámokban, ami analóg Zeldovics kísérletének csavart fényével. A "fekete lyuk" egy habtárcsából készült forgó hangelnyelő volt, amelynek forgását felgyorsították, amikor a hanghullámok nekiütköztek. A tárcsa másik oldalán található mikrofonok sorozata pedig észlelte a hanghullámokat, miután áthaladtak a lemezen.

A jelenség, amely igazolta a Penrose-folyamatot, a korongon áthaladó hanghullámok hangmagasságának és amplitúdójának eltolódása volt.

"A csavart hanghullámoknak megváltozik a hangmagassága, ha a forgó felület szempontjából mérik," - magyarázta Marion Cromb, a Glasgowi Egyetem fizikusa és csillagásza, a csapat által készített tanulmány vezető szerzője.

"Ha a felület elég gyorsan forog, akkor a hangfrekvencia valami nagyon furcsa dolgot csinálhat - pozitív frekvenciából negatívvá válhat, és ezzel energiát szerezhet a felület forgása miatt."

Az eredmények lenyűgözőek voltak. A lemez forgásának gyorsulásával a mikrofonokat elérő hang magassága addig csökkent, amíg már nem volt hallható. Aztán ismét az eredeti hangmagasságra emelkedett, ám 30 százalékkal hangosabb volt, mint a hangszórókból származó hang. A hanghullámok további energiát vettek fel a forgó korongból.

"Amit a kísérletünk során hallottunk, az rendkívüli volt," - mondta Cromb.

"Ami történik, hogy a hanghullámok frekvenciája a nulla felé tolódik el, amikor a centrifugálási sebesség növekszik. Amikor a hang újra elindul, az az oka, hogy a hullámok pozitív frekvenciáról negatív frekvenciára változnak. Ezek a negatív frekvenciájú hullámok képesek elnyelni az energia egy részét a forgó habtárcsából, és hangosabbá válnak a folyamat során, pontosan úgy, ahogy Zeldovics 1971-ben javasolta."

A csapat most azt próbálja kideríteni, hogyan lehet kiterjeszteni ezt a kutatást az elektromágneses hullámokra - a fényre -, ám ez a kísérlet elég fantasztikus lépés a fekete lyukak megértésében. Megmutatja, hogy miként lehet a szélsőséges tulajdonságaikat laboratóriumi körülmények között vizsgálni, ha megfelelő eszközök állnak rendelkezésre.

Az ilyen kutatások új technológiák megjelenéséhez is vezethetnek, ha ki tudunk dolgozni egy módszert ennek a lenyűgöző jelenségnek a kiaknázására.

"Nagyon izgatottak vagyunk, hogy egy fél évszázaddal azután, hogy az elmélet először felmerült, kísérletezhetünk ezzel a rendkívül furcsa fizikával," - mondta Daniel Faccio, a Glasgowi Egyetem fizikusa. (2)

(1) - https://www.nature.com/articles/s41567-020-0944-3
(2) - https://www.gla.ac.uk/news/headline_727690_en.html