Із чорної діри теоретично можна добувати енергію. Аби підтвердити це, вчені витратили 50 років

Про це вчені написали в науковому виданні Nature Physics.

Ідеться про концепцію математика Роджера Пенроуза, яку той висунув у 1969 році. Вона ґрунтується на явищі горизонту подій, притаманного чорним дірам. Це математично визначена поверхня навколо чорної діри, яка визначає точку, з якої вже немає повернення.

Ідеться про те, що сила тяжіння там настільки сильна, що вона поглинає все — а просторово-часовий континуум за межами горизонту подій викривлюється, бо слідує обертанню чорної діри. Це явище має назву «захоплення інерційних систем відліку» (англійською «frame-dragging») і передбачене ще теорією відносності Альберта Айнштайна. Простіше кажучи, його суть така: рух одного об’єкта в певному напрямку спонукає об’єкт поруч із ним рухатися в цьому ж напрямку.

Пелроуз припустив, що ділянка якраз за межами горизонту подій (ергосфера) — де згаданий ефект захоплення інерційних систем відліку є найсильнішим — може бути використана для видобування енергії. Його ідея була такою: помістити рухомий об’єкт в ергосферу й розділити його там на дві частини; одна з них просто перебуватиме за межами горизонту подій, а інша буде прискорюватися, зокрема і за сприяння чорної діри.

За розрахунками Пелроуза, друга (рухома) частина об’єкта, якщо її витягти з ергосфери, мала б мати на 21% більше кінетичної енергії, ніж доти. Але оскільки ми не можемо просто залізти в чорну діру й перевірити це експериментально (хоча б тому, що найближча з них дуже далеко від Землі), ідеї Пелроуза лишалися лише неперевіреними ідеями.

У своєму дослідженні вчені на чолі з Маріон Кромб змогли підтвердити концепцію Пелроуза за допомогою експериментальної моделі. Її ще в 1971 році придумав радянський фізик Яків Зельдович. Чорну діру він запропонував замінити металевим циліндром, що обертається, і скеровувати на нього викривлені пучки світла.

Якщо циліндр обертається з достатньою швидкістю, то пучки світла відбиватимуться від нього з додатковою енергією, яка «видобувається» з енергії обертання циліндра. Є лише одна проблема: аби помітити цей ефект, швидкість обертання циліндра має сягати щонайменше 1 мільярд обертів на секунду.

Кромб із колегами дещо вдосконалила модель Зельдовича. Замість пучків світла вони взяли звукові хвилі. В експерименті вчені використали ланцюг аудіопередавачів, аби звукові хвилі виходили викривленими. А аналогом чорної діри в них став диск зі звукопоглинального матеріалу, обертання якого прискорювалося внаслідок ударів звукових хвиль. По інший бік від диска вони розмістили мікрофони, які б фіксували звукові хвилі вже після їхнього проходження через диск.

Зі зростанням частоти обертання диска висота звуку, який виходив від аудіопередавачів і який фіксували мікрофони, спершу була майже невловимою, але після певного моменту почала зростати — і стала на 30 відсотків більшою, ніж первинний звук. Таким чином, звукові хвилі отримували додаткову енергію від обертання диска — так само, як і (в теорії) від чорної діри.

За словами науковців, тепер вони планують вдосконалити експеримент, аби перевірити його а електромагнітних хвилях. Утім і ці результати вони називають важливими для розуміння природи чорних дір. А в майбутньому підтверджений ефект Пелроуза може бути використаний для створення нових джерел енергії.