Группе учёных удалось впервые воссоздать в лабораторном эксперименте явление, которое до сих пор существовало только в виде теории в области чёрных дыр. Эксперимент демонстрирует, что вращение объекта может экспоненциально усиливать электромагнитные волны, имитируя поведение бомбы черной дыры, концепция которой была предложена более 50 лет назад.
Началось в 1971 году, когда физик Яков Зельдович предсказал, что вращающийся металлический цилиндр может усиливать электромагнитные волны, если он вращается достаточно быстро. Идея была навеяна вращающимися черными дырами, которые теоретически могут извлекать энергию из своего вращения и передавать ее окружающим волнам.
Зельдович подумал, что если поместить вокруг вращающегося объекта зеркало, то усиленные волны будут отражаться от него и подпитывать сами себя, бесконтрольно нарастая, пока не станут нестабильными, превратив устройство в своего рода «бомбу». До сих пор никому не удавалось продемонстрировать этот эффект в реальном эксперименте.
Команда, возглавляемая исследователями из университетов Саутгемптона и Глазго, использовала алюминиевый цилиндр, вращающийся на высокой скорости, окруженный катушками, которые генерируют вращающееся магнитное поле. Когда цилиндр вращается быстрее магнитного поля, происходит нечто необычное — вместо того чтобы поглощать энергию, он ее усиливает.
Система действует как усилитель, но когда электрическое сопротивление в цепи уменьшается, происходит нечто еще более любопытное: электромагнитные волны начинают расти в геометрической прогрессии сами по себе, подпитываемые фоновым шумом системы.
В обычных условиях такой неконтролируемый рост привел бы к коллапсу системы, но ученые смогли наблюдать другое явление, предсказанное теорией: по мере того как цилиндр теряет энергию вращения, его скорость уменьшается, пока эффект усиления не прекращается, как будто бомба отключается перед взрывом — поведение, соответствующее тому, что можно было бы ожидать от черной дыры, теряющей энергию до тех пор, пока она не стабилизируется.
Несмотря на то, что эксперимент проводился в лабораторных масштабах, он служит подтверждением физических теорий, таких как связь между вращением объектов и усилением волн. Он также открывает возможности для будущих исследований, которые позволят наблюдать еще более экзотические эффекты, такие как генерация волн из энергии квантового вакуума - явление, которое Зельдович также предсказал, но которое еще не было непосредственно обнаружено.
Исследование предполагает, что этот принцип может быть использован для разработки новых типов усилителей электромагнитных сигналов или даже инновационных систем хранения энергии.
Хотя эта система далека от масштабов черной дыры, она показывает, что физические принципы, управляющие этими космическими монстрами, применимы и в нашем повседневном мире. Следующей задачей, по словам команды, является наблюдение этого эффекта, усиливающего крошечные флуктуации квантового вакуума, что потребует еще больших технических достижений.