Эффект Зельдовича в действии: ученые впервые создали бомбу из черной дыры в лаборатории

Физики впервые смогли воссоздать в лабораторных условиях так называемую «бомбу из черной дыры», доказав эффект Зельдовича, предложенный еще 50 лет назад.

Впервые идею о том, что от черной дыры можно получать энергию предложил физик Роджер Пенроуз в 1969 году. Пенроуз предположил, что частицы, пролетающие в непосредственной близости от горизонта событий вращающейся черной дыры, могут получать энергию от нее за счет того, что черная дыра искривляет и ускоряет пространство-время вокруг себя.

В 1971 году физик Яков Зельдович выяснил, что подобных процессов можно достичь за счет движения света вокруг быстро вращающегося металлического цилиндра. По его расчетам, эффект сверхизлучения должен возникать, когда цилиндр вращается с той же скоростью, что и свет. Однако это невероятная скорость.

Зельдович отмечал, что если вокруг цилиндра установить цилиндрическое зеркало, энергия сверхизлучения должна отражаться и снова усиливаться за счет вращения цилиндра, затем снова отражаться. Таким образом будет происходить стремительное накопление энергии, которая в конце концов или найдет выход, или взорвется.

Более того, эффект Зельдовича можно запустить даже без начального источника света. Черная дыра или цилиндр могли бы усиливать крошечные, всегда существующие случайные колебания электромагнитного поля в вакууме — так называемые квантовые флуктуации. По сути, генерировать энергию из «шума»!

В течение многих десятилетий физики пытались воспроизвести эффект Зельдовича. Однако это казалось проблемным, ведь не было никакой возможности раскрутить цилиндр до необходимой скорости. Наконец команда физиков под руководством Хендрика Ульбрихта решила использовать электромагнитные волны со значительно более низкой частотой, которые создаются магнитным полем.

Ученые использовали алюминиевый цилиндр, вращающийся за счет электрического мотора, разместив вокруг него три слоя металлических катушек. Эти катушки создают вращающееся магнитное поле и выполняют роль зеркала, отражая магнитное поле обратно к цилиндру. Скорость вращения цилиндра и магнитного поля соответствуют условиям Зельдовича для возникновения сверхизлучения.

Физики направляли на цилиндр слабое магнитное поле и регистрировали, что исходящее поле действительно было мощнее того, которое направлялось на цилиндр. Эффект сверхизлучения был подтвержден экспериментально.

Однако ученые на этом не остановились и решили провести эксперимент без начального магнитного поля, которое создавалось катушками. Установка самостоятельно начала генерировать сигнал! Вращающийся цилиндр начал усиливать этот фоновый «шум» — случайные электромагнитные флуктуации — и катушки-«зеркала» запустили лавинообразный процесс накопления энергии, предсказанный Зельдовичем.

Этот эксперимент позволил ученым детально рассмотреть процессы, которые происходят в глубоком космосе и которые ученые не могут непосредственно увидеть. Кроме этого исследование открывает путь к совершенно новому методу поиска гипотетических частиц и даже темной материи Если во Вселенной существуют какие-то неизвестные нам легкие частицы или поля, темная материя, они тоже могли бы взаимодействовать с вращающимися черными дырами,  а специфические гравитационные волны можно было бы зарегистрировать при помощи механизма сверхизлучения.

Например, вокруг черной дыры образуется огромное облако таких частиц, которые крадут энергию ее вращения. Что мы увидим? Во-первых, сама черная дыра должна постепенно замедлять свое вращение. Во-вторых, это облако частиц может излучать специфические гравитационные волны, которые мы могли бы зарегистрировать.

Результаты исследования были опубликованы на сервере препринтов Arxiv

Источник: IFL Science