Вращающаяся черная дыра представляет собой такую чрезвычайную силу природы, что тащит за собой окружающее время и пространство. Поэтому естественно спросить, можно ли использовать черные дыры в качестве энергии. В 1969 году математик и физик Роджер Пенроуз предложил способ сделать это, теперь известный как процесс Пенроуза.
Этот метод может использоваться многими высокоразвитыми цивилизациями (пришельцами или людьми будущего) для выработки энергии путем создания «бомб из черных дыр». Однако некоторые элементы физики, необходимые для этого, никогда не тестировались экспериментально - до сих пор. Новое исследование, подтверждающее необходимые для этого основы физики, только что было опубликовано в журнале Nature Physics.
Вокруг своего горизонта (граница вокруг черной дыры, за которой ничто не может вырваться, даже свет) вращающаяся черная дыра создает область, называемую «эргосферой». Если объект входит в эргосферу, он разделяется - одна часть падает в черную дыру, а другая ускользает - бегущая часть эффективно получает энергию за счет черной дыры. Итак, чисто теоретически, посылая объекты или свет во вращающуюся черную дыру, мы могли бы вернуть энергию.
Как доказать эту теорию? В 1971 году русский физик Яков Зельдович перевел ее в другие вращающиеся системы, которые можно было испытать еще на Земле. Экспериментальная «черная дыра» превратилась во вращающийся цилиндр из материала, способного поглощать энергию.
Зельдович представляет, что световые волны могут вытягивать энергию из цилиндра и усиливать ее. Однако для того, чтобы эффект усиления сработал, эти волны должны обладать так называемым «угловым моментом», который закручивает их в спирали.
Когда закрученные световые волны попадают в такой цилиндр, их частота должна измениться, этоо называется «доплеровским смещением». Вы, наверное, испытали это, слушая сирену скорой помощи. Когда она движется к вам, ее звук выше, чем когда она движется от вас - направление движения меняет характер звука. Точно так же изменения скорости вращения изменяют воспринимаемую частоту световой волны.
Если цилиндр вращается достаточно быстро, измененная частота волны должна упасть настолько низко, что станет отрицательной (что просто означает, что волна вращается в противоположном направлении).
Волны положительной частоты должны частично поглощаться цилиндром, теряя энергию. Но волны отрицательной частоты превратят эти потери в усиление и вместо этого будут усилены цилиндром. Они будут получать энергию от вращения, точно так же, как объект, убегающий из черной дыры Пенроуза.
Проверка теории Зельдовича может показаться простой. Но вращающийся объект должен вращаться с той же или более высокой частотой, что и волны. Чтобы усилить видимые световые волны, которые колеблются с частотой сотни триллионов раз в секунду, поглощающий объект должен вращаться в миллиарды раз быстрее, чем что-либо механически возможное сегодня.
Свет распространяется со скоростью около 300 миллионов метров в секунду. Чтобы упростить проверку теории, ученые используют звуковые волны, которые распространяются примерно в миллион раз медленнее.
Чтобы создать искаженную звуковую волну, они используют кольцо динамиков, излучающих одну и ту же частоту, но начинающихся в несколько разное время, поэтому звук следует по спирали. Кусок звукопоглощающей пены, прикрепленный к двигателю, используется в качестве вращающегося поглотителя. Микрофоны, размещенные внутри поролона, позволяют записывать звук после его взаимодействия с вращающимся поглотителем.
Они обнаружили, что, когда пена вращается медленно (низкая частота), звук, который они записывают, тише, потому что он поглощается пеной. Но когда они вращают пену достаточно быстро, чтобы вызвать доплеровский сдвиг частоты звуковых волн, чтобы сделать их отрицательными, звук становится громче.
Это может означать только то, что звуковая волна забрала энергию от вращающегося кожуха, что окончательно доказано 50-летней теорией.
Все это, конечно, не подтверждает явным образом, что идея Пенроуза об извлечении энергии действительно работает для черной дыры. Скорее, эксперименты подтверждают базовую физику, показывая, что имеет место сдвиг частот волн с положительных на отрицательные, а не потеря энергии.
Хотя мы далеки от извлечения энергии из вращающейся черной дыры, это не означает, что она не могла исходить от очень развитой инопланетной цивилизации - или, фактически, от нашей собственной цивилизации в далеком будущем. Такая цивилизация могла бы построить структуру вокруг черной дыры, которая вращается вместе с ней, а затем испустить в нее астероиды или даже электромагнитные волны, что позволило бы производить больше энергии.
Более того, они могли создать так называемую «бомбу черной дыры», полностью окружив черную дыру отражающей зеркальной оболочкой. Свет, падающий на черную дыру, возвращается усиленным, а затем отражается обратно от зеркала в черную дыру, которая снова усиливается, и так далее.
Выпуская часть этого усиленного света из оболочки через отверстие, вы можете контролировать процесс и производить практически неограниченную энергию.
Хотя это все еще научная фантастика, в очень далеком будущем, когда единственными остатками галактик и звезд будут черные дыры, этот метод будет единственной надеждой на выживание любой цивилизации. Это была бы вселенная с огромными изолированными источниками энергии, ярко сияющими на совершенно черном небе.
