Физики из Городского университета Нью-Йорка впервые экспериментально воспроизвели эффект, который более полувека назад предсказали для вращающихся чёрных дыр. Им удалось усилить электромагнитные волны, заставив их забрать энергию у специального устройства, которое имитировало вращение, оставаясь неподвижным. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Идея о том, что у быстро вращающейся чёрной дыры можно отбирать энергию, принадлежит британскому физику Роджеру Пенроузу, который высказал её более 50 лет назад. По его гипотезе, частица, попавшая в эргосферу – область, где пространство-время увлекается вращением объекта, – может разделиться. Один её фрагмент упадёт в чёрную дыру, а другой вылетит наружу, унося с собой больше энергии, чем было у исходной частицы. Позже физик Яков Зельдович развил эту концепцию, предположив, что таким же образом могут усиливаться и волны, взаимодействующие с достаточно быстро вращающимся объектом.
Поскольку проверить эту теорию напрямую невозможно, американские учёные создали лабораторную установку, которая воспроизводит ключевые условия процесса. Они не стали раскручивать физический объект, а сконструировали кольцо из электронных резонаторов. Исследователи быстро и синхронно меняли свойства этих резонаторов по кругу, что создало для электромагнитных волн эффект сверхбыстрого вращения, недостижимого для механических систем.
В ходе эксперимента волны с подходящими вращательными характеристиками действительно извлекали энергию из этой «синтетической» ротации и усиливались, подтверждая теоретические расчёты. Созданная платформа позволяет в контролируемых лабораторных условиях изучать физические режимы, которые ранее были доступны только в теории, включая имитацию движения быстрее скорости света.
Авторы работы полагают, что их открытие не только расширяет фундаментальные знания в области астрофизики и физики волн, но и открывает перспективы для технологий будущего. В дальнейшем этот принцип может найти применение в беспроводной связи, оптике, фотонике и квантовых системах. Для создания практических устройств на основе этого эффекта потребуются дополнительные исследования.
