به گزارش آماج، گروهی از فیزیکدانان موفق شدهاند برای نخستینبار نظریه مشهور استخراج انرژی از سیاهچالههای چرخان را در شرایط آزمایشگاهی بازسازی کنند. این دستاورد با استفاده از سامانهای که بدون حرکت فیزیکی، چرخشی فوقسریع را شبیهسازی میکند، امکان بررسی یکی از مهمترین مفاهیم فیزیک نظری را در محیطی کنترلشده فراهم کرده و میتواند راه را برای پیشرفتهای تازه در حوزههای اپتیک، ارتباطات بیسیم و فناوریهای کوانتومی هموار کند.
از یک نظریه ۵۰ ساله تا آزمایش موفق در دنیای واقعی
بیش از نیمقرن پیش، «راجر پنروز» نظریهای مطرح کرد که بر اساس آن، در شرایط خاص میتوان بخشی از انرژی یک سیاهچاله در حال چرخش را استخراج کرد. او توضیح داد اگر ذرهای وارد ناحیهای موسوم به «ارگوسفر» شود، میتواند به دو بخش تقسیم شود؛ بخشی از آن به داخل سیاهچاله سقوط میکند و بخش دیگر با انرژی بیشتری از سیستم خارج میشود.
پس از آن، «یاکوف زلدوویچ» این ایده را گسترش داد و پیشبینی کرد که امواج نیز در صورت تعامل با جسمی که با سرعت بسیار زیاد در حال چرخش است، میتوانند انرژی جذب کرده و تقویت شوند.
شبیهسازی چرخش فوقسریع بدون حرکت فیزیکی
پژوهشگران مرکز پژوهشهای علوم پیشرفته دانشگاه شهری نیویورک (CUNY ASRC) به جای چرخاندن یک جسم واقعی، دستگاهی مبتنی بر امواج رادیویی طراحی کردند که ویژگیهای آن بهطور همزمان در فضا و زمان تغییر میکند. این تغییرات مهندسیشده، توهم چرخشی فوقسریع ایجاد میکند؛ سرعتی که دستیابی به آن با سامانههای مکانیکی عملاً غیرممکن است.
به گفته پژوهشگران، این روش محدودیتهای چندین دهه تحقیق در زمینه فیزیک چرخشهای شدید را برطرف کرده و امکان مطالعه پدیدههایی را فراهم میکند که پیشتر تنها در چارچوب نظری قابل بررسی بودند.
بازسازی فرآیند پنروز–زلدوویچ در آزمایشگاه
برای اجرای این آزمایش، محققان حلقهای از تشدیدگرهای الکترونیکی ساختند که ویژگیهای آنها بهصورت کاملاً هماهنگ و در بازههای زمانی بسیار کوتاه تغییر میکرد. اگرچه اجزای دستگاه هیچ حرکت فیزیکی نداشتند، اما این تغییرات، الگویی ایجاد کرد که برای امواج الکترومغناطیسی مانند چرخشی با سرعت فوقالعاده بالا به نظر میرسید.
نتیجه آزمایش نشان داد امواجی که ویژگیهای چرخشی مناسبی داشتند، از این چرخش مصنوعی انرژی دریافت کرده و تقویت شدند؛ پدیدهای که بهطور موفقیتآمیز فیزیک فرآیند پنروز–زلدوویچ را بازسازی کرد.
کاربردهای فراتر از فیزیک سیاهچالهها
پژوهشگران معتقدند این فناوری، بستری آزمایشگاهی برای مطالعه شرایطی فراهم میکند که در طبیعت تنها در محیطهای بسیار افراطی مانند اطراف سیاهچالهها وجود دارند. علاوه بر توسعه تحقیقات بنیادی، این روش میتواند در آینده به پیشرفت فناوریهای ارتباطات بیسیم، اپتیک، فوتونیک و سامانههای کوانتومی منجر شود.
به گفته تیم تحقیقاتی، هرچند این فناوری هنوز تا تبدیل شدن به کاربردهای صنعتی فاصله دارد، اما اصول بهکاررفته در آن میتواند در کنترل نور، پردازش اطلاعات و توسعه تجهیزات نسل آینده نقش مهمی ایفا کند.
این پژوهش با حمایت وزارت دفاع آمریکا، بنیاد ملی علوم آمریکا و بنیاد سیمونز انجام شده و نتایج آن در نشریه علمی Nature منتشر شده است.
برای دنبال کردن تازهترین اخبار علمی، فناوری و دستاوردهای پژوهشی جهان، آماج را دنبال کنید.
