外星文明可以利用黑洞产生能量– 50年的理论经过实验验证

艺术家对内部吸积流的印象以及当它主动进食时来自超大质量黑洞的射流，例如最近撕裂的一颗恒星。图像：ESO / L。卡尔萨达

格拉斯哥研究实验室首次通过实验验证了一种已有50年历史的理论，该理论最初是关于外星文明如何利用黑洞来产生能量的推测。

1969年，英国物理学家罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）提出，可以通过将一个物体放到黑洞的活动层（黑洞事件视界的外层）中来产生能量，在该层中，一个物体必须以比光速更快的速度运动才能保持仍然。

彭罗斯（Penrose）预测，物体将在这个不寻常的空间区域中获得负能量。通过将物体放下并分成两半，以便一半落入黑洞而另一半被回收，反冲动作将测量出负能量的损失–有效地，回收的另一半将从黑洞的旋转中提取能量。该过程将需要的工程挑战的规模是如此之大，但是，彭罗斯（Penrose）认为，只有非常先进的，也许是外来的文明才可以完成任务。

两年后，另一位名为Yakov Zel’dovich的物理学家建议可以用更实际的，更实际的实验来验证该理论。他提出，“扭曲”的光波撞击以正好速度旋转的旋转金属圆柱体的表面，由于旋转多普勒效应的怪异，最终会被圆柱体旋转中提取的额外能量反射。

但是Zel’dovich的想法自1971年以来一直只停留在理论领域，因为要进行实验，他提出的金属圆柱体至少需要每秒旋转十亿次，这对当前的人类工程学极限是另一个无法克服的挑战。

现在，来自格拉斯哥大学物理与天文学学院的研究人员终于找到了一种方法，可以通过实验证明Penrose和Zel'dovich通过扭曲声音而不是光来提出的效果-一种低得多的频率源，因此更加实用在实验室里。

在2020年6月22日发表于《自然物理学》上的一篇新论文中，研究小组描述了他们如何构建一个系统，该系统使用小扬声器环来产生类似于Zel's提出的光波扭曲的声波扭曲。鸽子

这些扭曲的声波被引向由泡沫盘制成的旋转吸声器。光盘后面的一组麦克风从扬声器通过光盘时吸收了扬声器的声音，从而稳定地提高了旋转速度。

为了知道Penrose和Zel’dovich的理论是正确的，团队希望听到的是声波在碟片中传播时，其频率和振幅发生了明显的变化，这是由多普勒效应引起的。

该论文的主要作者是大学物理与天文学学院的博士生Marion Cromb。马里恩说：多普勒效应的线性形式对大多数人来说是熟悉的，因为随着救护车警笛的音高接近听众时，它的音高似乎上升，而当它离开时，它的音高却下降了。由于声波随着救护车接近而越来越频繁地到达听众，而随着声波的通过而越来越少地出现，似乎增加了。

旋转多普勒效应相似，但效应仅限于圆形空间。从旋转表面的角度进行测量时，扭曲的声波会改变其音调。如果表面旋转得足够快，那么声音频率可能会做一些非常奇怪的事情-它可以从正频率变为负频率，并且这样做会从表面旋转中窃取一些能量。

随着研究人员在实验过程中旋转光盘速度的提高，扬声器发出的声音的音调会下降，直到变得太低而无法听到为止。然后，音高再次上升直到达到其先前的音高–但更大声，其振幅比扬声器发出的原始声音大30％。

Marion添加了：“我们在实验中听到的是非同寻常的。发生的事情是，随着旋转速度的增加，声波的频率正被多普勒频移移至零。当声音再次开始恢复时，是因为波已从正频率转换为负频率。这些负频率波能够从旋转的泡沫圆盘中吸收一些能量，在此过程中变得更大-就像Zel’dovich在1971年提出的那样。”

也是格拉斯哥大学物理与天文学学院的Daniele Faccio教授是该论文的合著者。Faccio教授补充说：“我们很高兴能够在提出该理论半个世纪后，通过实验验证了一些极为奇怪的物理学。奇怪的是，我们已经能够在苏格兰西部的实验室中证实一个已有半个世纪历史的宇宙起源理论，但是我们认为它将为科学探索开辟许多新途径。我们渴望看到如何在不久的将来调查对不同源（例如电磁波）的影响。”

参考：马里恩·克朗布（Marion Cromb），格雷厄姆·吉布森（Graham M. Gibson），埃姆斯·托尼内利（Emmes Toninelli），迈尔斯·J·帕吉特（Miles J. Padgett），伊万·怀特（Ewan M. Wright）和丹尼尔·法乔（Daniele Faccio）于2020年6月22日发表于《自然物理学》杂志。
10.1038 / s41567-020-0944-3

研究小组的论文题为“来自旋转体的波的放大”，发表在《自然物理学》上。这项研究得到了工程与物理科学研究委员会（EPSRC）和欧盟的Horizo​​n 2020计划的资助。