Penrose jóslata

Roger Penrose brit fizikus 1969-ben új ötlettel állt elő, miszerint energiát lehet előállítani, ha egy tárgyat beleengednek a fekete lyuk ergoszférájába. Penrose szerint ezen a területen a tárgy negatív energiát gyűjthet össze.

Két év elteltével 1971-ben, egy másik fizikus, Yakov Zeldovich azt javasolta, hogy az elméletet ellenőrizzék egy gyakorlatiasabb, földi kísérlettel. Javaslata szerint az elhajló fényhullámok, melyek éppen a megfelelő sebességgel érik egy forgó fémhenger felületét, a henger forgásából származó extra energiával tükröződnek vissza, a gyorsan forgó Doppler-effektus okán. 

Ezt a koncepciót, amely döntő lépés annak megértése felé, hogy a fekete lyukak erősíthetik a kvantumingadozást, kísérletileg nem igazolták eddig, annak a kihívást jelentő kísérleti követelménynek köszönhetően, hogy a henger forgási sebességének nagyobbnak kell lennie, mint a bejövő hullám frekvenciája. Most először hitelesítették ezt kísérletileg a glasgowi Egyetem Fizikai és Csillagászati Iskolájának új kutatásában, létrehozva annak kísérleti módszerét, amit Penrose és Zeldovich a fény helyett a hang hajlítására javasolt. 

Az 50 éves elmélet annak idején az arról folyó spekulációval kezdődött, hogy egy idegen civilizáció miként tudná a fekete lyukat energia előállítására felhasználni.

Hanggal könnyebb

A hang sokkal alacsonyabb frekvenciájú forrás, és ennélfogva sokkal praktikusabb a laborkísérletekhez, mint a fény. A kísérlethez a tudósok kifejlesztettek egy olyan rendszert, amely kis hangszórók gyűrűjét használja arra, hogy a kívánt hajlítást létrehozzák a hanghullámokban. Az elhajlított hanghullámokat egy habtárcsából készült forgó hangelnyelő felé irányították. 

A tárcsa mögött egy mikrofont helyeztek el, amely rögzítette a hangszórókból érkező hangot, amikor az áthaladt a tárcsán, ami folyamatosan növelte forgási sebességét. A doppler-effektus hirtelen elfordulása következtében észrevehető változás történt a hanghullámok frekvenciájában és amplitúdójában, amikor áthaladtak a tárcsán. 

Marion Cromb, az egyetem Fizikai és Csillagászati ​​Tanszékének Ph.D. hallgatója, a cikk vezető szerzője elmondta:  „A doppler-effektus kibővített változata a legtöbb ember számára ismerős lehet, a mentősziréna hangmagasságának látszólagos emelkedéséből, amikor közeledik, és mélyüléséből, amikor elhalad mellettünk. Úgy tűnik, hogy nő a hangmagasság, mivel a hanghullámok sűrűbben érkeznek a hallgatóhoz amikor a mentő közeledik, majd ritkábban, ha már elhaladt.”

„A rotációs Doppler-effektus hasonló ehhez, de a hatás egy kör alakú térre korlátozódik. A csavarodó hanghullámok megváltoztatják a hangmagasságukat, amikor a forgó felületről mérjük azt."

"Ha a felület elég gyorsan forog, akkor a hangfrekvenciával valami elképesztő dolog történik - pozitív frekvenciáról negatívra változhat, és ennek során energiát lophat (nyerhet el) a felület forgásától."

Plusz 30 százalék energia

A forgó tárcsák sebességének növekedésével a hangszóróból érkező hang magassága is esik, amíg túl halk nem lesz a rögzítéshez. Ezután a hangmagasság ismét emelkedni kezd, amíg el nem éri az előző hangmagasságot - de sokkal hangosabban, akár 30 százalékkal nagyobb amplitúdóval, mint a hangszórók eredeti hangja. 

Marion hozzátette :  „Amit a kísérletünk során hallottunk, rendkívüli volt. Az történik, hogy a hanghullámok frekvenciája nulláig tolódik el a Doppler effektussal, a forgási sebesség növekedésével. Amikor a hang újra hallhatóvá válik, az azért történik, mert a hullámok pozitív frekvenciájúról negatív frekvenciájúvá változtak.

Ezek a negatív frekvenciájú hullámok képesek az energia egy részét elvenni a forgó habtárcsától, és a folyamat során hangosabbá válnak - pontosan úgy, ahogy Zeldovich 1971-ben megjósolta.”

Daniele Faccio professzor, a tanulmány társszerzője a glasgowi Egyetem Fizikai és Csillagászat Iskolájából hozzátette:  „Nagyon örülünk, hogy egy fél évszázaddal az elmélet első lefektetése után kísérletileg igazolhattunk egy ilyen rendkívül különös fizikai jelenséget. Az,  hogy meg tudtuk erősíteni ezt a fél évszázados kozmikus eredetű elméletet itt, Skócia nyugati részén lévő laboratóriumunkban, sok új tudományos feltárási lehetőséget nyit meg. Alig várjuk, hogy megvizsgálhassuk a jelenséget különböző egyéb forrásokkal, például az elektromágneses hullámokkal.”

(Forrás: NaturePhysics Képek: NASA)