22ΟΣ ΑΙΩΝΑΣ
26/06/2020 19:59 EEST | Updated 26/06/2020 19:59 EEST

Θεωρία για άπειρη ενέργεια: Πώς ένας εξωγήινος πολιτισμός θα μπορούσε να αντλεί ενέργεια από μια μαύρη τρύπα

Επιβεβαιώθηκε πειραματικά.

Daniel Rocal - PHOTOGRAPHY via Getty Images
Black hole and accretion disk

Μία θεωρία 50 ετών που άρχισε ως εικασία σχετικά με το πώς ένας εξωγήινος πολιτισμός θα μπορούσε να χρησιμοποιεί μια μαύρη τρύπα για την παραγωγή ενέργειας επιβεβαιώθηκε πειραματικά για πρώτη φορά σε εργαστήριο στη Γλασκώβη.

Το 1969 ο Βρετανός φυσικός Ρότζερ Πενρόουζ είχε παρουσιάσει τη θεωρία πως θα μπορούσε να παράγεται ενέργεια κατεβάζοντας ένα αντικείμενο στην εργόσφαιρα μιας μαύρης τρύπας- το εξώτερο στρώμα του ορίζοντα γεγονότων (event horizon) μιας μαύρης τρύπας, όπου ένα αντικείμενο θα έπρεπε να κινείται ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός για να παραμένει ακίνητο στη θέση του.

Ο Πενρόουζ προέβλεψε πως το αντικείμενο θα αποκτούσε μια αρνητική ενέργεια σε αυτή την ασυνήθιστη περιοχή του Διαστήματος. Ρίχνοντας το αντικείμενο και χωρίζοντάς το σε δύο κομμάτια έτσι ώστε το ένα μισό να πέσει στη μαύρη τρύπα ενώ το άλλο ανασύρεται, η ενέργεια ανάκρουσης θα κατέγραφε απώλεια αρνητικής ενέργειας- στην πράξη το ήμισυ που ανακτάται θα αποκτούσε ενέργεια που εξάγεται από την περιστροφή της μαύρης τρύπας. Από μηχανολογικής άποψης, η πρόκληση για να γίνει πραγματικότητα κάτι τέτοιο είναι αδιανόητη για τα δεδομένα μας, οπότε ο Πενρόουζ εκτιμούσε πως μόνο ένας πολύ προηγμένος, πιθανότατα εξωγήινος, πολιτισμός, θα μπορούσε να κάνει κάτι τέτοιο.

Δύο χρόνια αργότερα, ένας άλλος φυσικός, ο Γιάκοβ Ζέλντοβιτς, ανέφερε πως η θεωρία θα μπορούσε να δοκιμαστεί με ένα πιο πρακτικό, γήινο πείραμα. Ο Ζέλντοβιτς πρότεινε πως «συνεστραμμένα» κύματα φωτός που θα χτυπούσαν την επιφάνεια ενός περιστρεφόμενου μεταλλικού κυλίνδρου που θα περιστρεφόταν στη σωστή ταχύτητα, θα κατέληγαν να αντανακλώνται με επιπλέον ενέργεια που θα προερχόταν από την περιστροφή του κυλίνδρου, χάρη σε μια ιδιαιτερότητα του αποκαλούμενου περιστροφικού φαινομένου Ντόπλερ. Ωστόσο η ιδέα του Ζέλντοβιτς παρέμενε στη σφαίρα της θεωρίας από το 1971 επειδή για να λειτουργήσει το πείραμα ο κύλινδρος αυτός θα χρειαζόταν να περιστρέφεται με ταχύτητα τουλάχιστον ενός δισεκατομμυρίων φορών το δευτερόλεπτο – άλλη μια πρόκληση πέρα από τα όρια της ανθρώπινης τεχνολογίας.

 

 

Επιστήμονες της Σχολής Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου της Γλασκώβης βρήκαν έναν τρόπο να επιδείξουν πειραματικά το φαινόμενο που είχαν προτείνει θεωρητικά οι Πενρόουζ και Ζέλντοβιτς, συστρέφοντας ήχο αντί για φως- μια πηγή πολύ μικρότερης συχνότητας, οπότε και ιδανική, από πρακτικής άποψης, για επίδειξη σε εργαστήριο.

Σε επιστημονικό άρθρο στο Nature Physics οι επιστήμονες παρουσιάζουν πώς κατασκεύασαν ένα σύστημα το οποίο χρησιμοποιεί έναν μικρό δακτύλιο ηχείων για να προκαλεί συστροφή σε ηχητικά κύματα αντίστοιχη με αυτήν στα κύματα φωτός που πρότεινε ο Ζέλντοβιτς.

Τα συνεστραμμένα αυτά ηχητικά κύματα κατευθύνθηκαν προς την κατεύθυνση ενός περιστρεφόμενου απορροφητήρα ήχου που ήταν φτιαγμένος από έναν δίσκο αφρού. Ένα σετ μικροφώνων πίσω από τον δίσκο έπιανε τον θόρυβο από τα ηχεία καθώς περνούσε μέσα από αυτόν, ο οποίος σταδιακά αύξανε την ταχύτητα περιστροφής του.

Αυτό που περίμενε η ομάδα να ακούσει προκειμένου να διαπιστώσει εάν οι θεωρίες των Πενρόουζ και Ζέλντοβιτς ήταν σωστές ήταν μια διακριτή μεταβολή στη συχνότητα και το πλάτος των ηχητικών κυμάτων καθώς περνούσαν μέσα από τον δίσκο- κάτι που θα ήταν αποτέλεσμα του φαινομένου Ντόπλερ.

Όπως είπε η Μάριον Κρομπ, διδακτορική στη Σχολή Φυσικής και Αστρονομίας του πανεπιστημίου και lead author του επιστημονικού άρθρου, «η γραμμική εκδοχή του φαινομένου Ντόπλερ είναι γνωστή στους περισσότερους ως το φαινόμενο που λαμβάνει χώρα καθώς ο τόνος του ήχου μιας σειρήνας ασθενοφόρου φαίνεται να αυξάνεται καθώς πλησιάζει τον ακροατή, μα πέφτει καθώς απομακρύνεται. Φαίνεται να ανεβαίνει επειδή τα ηχητικά κύματα φτάνουν στον ακροατή πιο συχνά καθώς το ασθενοφόρο πλησιάζει, μετά λιγότερο συχνά καθώς απομακρύνεται.

«Το περιστροφικό φαινόμενο Ντόπλερ είναι παρόμοιο, μα περιορίζεται σε έναν κυκλικό χώρο. Τα συνεστραμμένα ηχητικά κύματα αλλάζουν τόνο όταν μετριούνται από την οπτική γωνία της περιστρεφόμενης επιφάνειας. Αν η επιφάνεια περιστρέφεται αρκετά γρήγορα, τότε η ηχητική συχνότητα μπορεί να κάνει κάτι πολύ περίεργο- μπορεί να πάει από θετική συχνότητα σε αρνητική, και κάνοντας αυτό να κλέψει ενέργεια από την περιστροφή της επιφάνειας».

 

University of Glasgow
.

 

Καθώς η ταχύτητα του περιστρεφόμενου δίσκου αυξάνεται κατά το πείραμα, ο τόνος του ήχου από τα ηχεία πέφτει μέχρι να γίνει πολύ χαμηλός για να τον ακούσει κάποιος. Μετά ανεβαίνει ξανά, μέχρι να φτάσει στο προηγούμενο επίπεδο- μα πιο δυνατά, με πλάτος μέχρι και 30% μεγαλύτερο από τον αρχικό ήχο.

«Αυτό που ακούσαμε κατά το πείραμά μας ήταν απρόσμενο...αυτά τα κύματα αρνητικής συχνότητας είναι ικανά να πάρουν κάποια ενέργεια από τον περιστρεφόμενο δίσκο, και να γίνουν πιο δυνατά στη διαδικασία- όπως είχε προτείνει ο Ζέλντοβιτς το 1971» είπε η Μάριον.

Ο καθηγητής Ντανιέλε Φάτσιο, επίσης της Σχολής Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου της Γλασκώβης και ένας εκ των συντελεστών της έρευνας, πρόσθεσε πως πως «είναι περίεργο να σκέφτεται κανείς πως ήμασταν σε θέση να επιβεβαιώσουμε μια θεωρία μισού αιώνα με κοσμική προέλευση εδώ στο εργαστήριό μας στα δυτικά της Σκωτίας, αλλά νομίζουμε πως θα ανοίξει πολλούς νέους δρόμους στην επιστημονική εξερεύνηση».

Sponsored Post