Исследователи из Центра передовых научных исследований в Городском университете Нью-Йорка сделали значительный шаг к реализации теории, предсказанной известным математиком и физиком сэром Роджером Пенроузом более 50 лет назад. Согласно его гипотезе, начиная с черной дыры, которая вращается с высокой скоростью (так называемая черная дыра Керра), можно извлечь энергию, помещая объекты в область, расположенную за горизонт событий, известную как эргосфера. Оказавшись там, объект может быть ускорен и выброшен с большой энергией, превышающей ту, с которой он вошел.
В 1971 году советский физик Яков Зельдович расширил эту теорию, предсказав, что волны, взаимодействующие с быстро вращающимися объектами, могут не только извлекать, но и усиливать энергию. В недавно опубликованной статье в журнале Nature исследовательская группа, состоящая из членов Фотонической инициативы CUNY-ASRC, представила новый подход к усилению волн через взаимодействие с вращающимися телами. Используя устройство радиочастоты, смоделированное для имитации вращения, они создали синтетическую форму ультрабыстрого вращения, недостижимую механическими средствами.
Устройство состоит из кольцевой сети электронных резонаторов, свойства которых быстро модулируются в заданной последовательности, создавая движущийся паттерн вдоль кольца. Несмотря на неподвижность самого устройства, перемещение электромагнитных волн создает форму синтетического движения, имитирующего объект, вращающийся с ультрабыстрой скоростью.
НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
“Наш подход открывает новый метод взаимодействия волн и материи, в котором волны с определенными вращательными свойствами извлекают энергию из синтетического времени и создают форму широкополосного селективного усиления,” — говорит Андреа Алу, профессор физики в CUNY и основатель Фотонической инициативы.
Данный эксперимент поднимает важный вопрос, поставленный в работах Зельдовича: могут ли электромагнитные волны, направленные на неподвижное устройство, вести себя так, как будто они взаимодействуют с объектом, вращающимся с ультрабыстрой скоростью и извлекающим из него энергию? Лидирующий автор публикации, постдокторский исследователь Хадисе Насари, отмечает, что успешный исход эксперимента продемонстрировал возможность реализации таких взаимодействий.
“Эксперимент переводит идеи о крайних динамиках вращения из теории в практику и создает универсальную экспериментальную платформу для изучения широкого спектра явлений на стыке астрофизики, физики волн и квантовой науки”, — добавила Насари. Это открытие имеет значительные последствия для развития фундаментальной науки, а также для коммуникаций, оптики и фотоники.
СИНТЕТИЧЕСКОЕ ВРАЩЕНИЕ И КОНТРОЛИРУЕМОЕ ИЗУЧЕНИЕ
Еще одним важным аспектом данного эксперимента является то, что синтетическое вращение позволяет имитировать движение, превышающее скорость света, что предоставляет исследователям мощный инструмент для изучения экстремальной физики в контролируемых лабораторных условиях. Потенциал исследований является огромным, давая ученым возможность манипулировать светом, обрабатывать информацию и исследовать волновые явления в самых крайних условиях во Вселенной.
В будущем команда надеется адаптировать свои открытия для технологических приложений и расширить их использование в фотонике и квантовых исследованиях. Более того, возможны приложения в коммерческом секторе, включая классическую и квантовую оптику, а также в беспроводных коммуникациях. Как отметил соавтор исследования Хади Мусса, ранее аспирант Фотонической инициативы: “Волны с необходимыми вращательными характеристиками извлекали энергию из системы и усиливались, воспроизводя основные физические процессы, описанные в теориях Пенроуза и Зельдовича”.
Не забудьте подписаться на наши каналы Дзен, Telegram и ВК.
Мы всегда рады видеть вас среди наших читателей и подписчиков SpaceDiscover!
