Предсказанный для чёрных дыр эффект воспроизведён с помощью звука

24 июня 2020 года

Физики из Университета Глазго (Великобритания) и Аризонского университета (США) продемонстрировали усиление звуковых волн, проходящих через вращающийся диск, тем самым подтвердив эффект, который много лет назад был предсказан для вращающихся чёрных дыр. Результаты исследования опубликованы в международном журнале Nature Physics.

В 1969 году британский учёный Роджер Пенроуз теоретически показал, что объекты, оказывающиеся вблизи чёрной дыры (в области так называемой эргосферы) могут ускоряться и уносить с собой часть энергии вращения этого необычного космического тела. Хотя нет никакой возможности наблюдать этот эффект, получивший название процесса Пенроуза, в 1971 году советский астрофизик Яков Борисович Зельдович предложил «земной» аналог этого явления. Он показал, что свет, отражающийся от вращающегося металлического цилиндра, может приобретать дополнительную энергию. Ключевую роль в этом играет эффект Доплера, который в условиях вращающейся геометрии требует, чтобы падающий свет был «закрученным» (другими словами, обладал ненулевым угловым моментом). Однако, учитывая большую частоту света, наблюдение эффекта Зельдовича потребовало бы нереалистично высоких скоростей вращения цилиндра.

• 
  Схема генерации «закрученного» света. Аналогичный волновой фронт получают и для звука

В новой работе физики обошли это затруднение, использовав вместо света звуковые волны, обладающие намного меньшими частотами. Расположив динамики определённым образом в пространстве, им удалось создать «закрученную» звуковую волну, которая затем проходила через вращающийся диск и регистрировалась с помощью микрофонов. Увеличивая скорость вращения диска, учёные в соответствии с эффектом Доплера наблюдали плавное уменьшение частоты звуковых волн вплоть до нуля, когда звук невозможно было услышать. При дальнейшем увеличении скорости вращения мы попадаем в область отрицательных частот звука, что является прямым аналогом объекта, падающего в чёрную дыру (ему можно приписать отрицательную энергию). В этом режиме звук после взаимодействия с диском становится громче, приобретая дополнительную энергию за счёт вращения объекта, что является аналогом ускорения тела, покидающего эргосферу вращающейся чёрной дыры.

Профессор Даниэле Фаччо (англ. Daniele Faccio) из Университета Глазго отметил: «Мы очень взволнованы, что смогли экспериментально проверить эту чрезвычайно странную физику спустя полвека после того, как теория была впервые предложена. Странно думать, что мы смогли подтвердить полувековую теорию из области физики космоса здесь, в нашей лаборатории на западе Шотландии, но мы думаем, что это откроет много новых возможностей для научных исследований. Нам интересно посмотреть, как мы сможем исследовать этот эффект в других ситуациях, например для электромагнитных волн, в ближайшем будущем».

Источники

• M. Cromb, G. M. Gibson, E. Toninelli, M. J. Padgett, E. M. Wright & D. Faccio. Amplification of waves from a rotating body // Nature Physics. — 2020. — DOI:10.1038/s41567-020-0944-3
•  «Experiment confirms 50-year-old theory describing how an alien civilization could exploit a black hole». phys.org, 23 июня 2020 года. (архив)

Комментарии

Викиновости и Wikimedia Foundation не несут ответственности за любые материалы и точки зрения, находящиеся на странице и в разделе комментариев.

Мнения

Пожалуйста, прочтите правила общения и оформления реплик на портале Викиновости

Если вы хотите сообщить о проблеме в статье (например, фактическая ошибка и т. д.), пожалуйста, используйте обычную страницу обсуждения.

Комментарии на этой странице могут не соответствовать политике нейтральной точки зрения, однако, пожалуйста, придерживайтесь темы и попытайтесь избежать брани, оскорбительных или подстрекательных комментариев. Попробуйте написать такие комментарии, которые заставят задуматься, будут проницательными или спорными. Цивилизованная дискуссия и вежливый спор делают страницу комментариев дружелюбным местом. Пожалуйста, подумайте об этом.

Несколько советов по оформлению реплик:

• Новые темы начинайте, пожалуйста, снизу.
• Используйте символ звёздочки «*» в начале строки для начала новой темы. Далее пишите свой текст.
• Для ответа в начале строки укажите на одну звёздочку больше, чем в предыдущей реплике.
• Пожалуйста, подписывайте все свои сообщения, используя четыре тильды (~~~~). При предварительном просмотре и сохранении они будут автоматически заменены на ваше имя и дату.

Обращаем ваше внимание, что комментарии не предназначены для размещения ссылок на внешние ресурсы не по теме статьи, которые могут быть удалены или скрыты любым участником. Тем не менее, на странице комментариев вы можете сообщить о статьях в СМИ, которые ссылаются на эту заметку, а также о её обсуждении на сторонних ресурсах.

Добавить комментарий