Дослідники створили перший лабораторний аналог «бомби чорної діри» — теоретичної концепції, розробленої фізиками у 1970-х роках. Якщо чорні діри і відомі чимось, то це своєю ненаситною, невідворотною гравітацією. Речі потрапляють у чорну діру — і практично нічого з неї не виходить. З-за горизонту подій це, наскільки ми знаємо, правда. Але з простору навколо чорної діри все ж можна щось отримати. Як запропонував Роджер Пенроуз у 1971 році, потужна обертальна енергія чорної діри може бути використана для посилення енергії частинок поблизу неї.
Пізніше фізик Яків Зельдович дійшов висновку, що для прояву цього явища не обов’язково потрібна чорна діра. За його припущенням, тіло, що обертається осесиметрично в резонансній камері, здатне викликати таку ж передачу та посилення енергії, хоча й у значно менших масштабах. Подальші дослідження інших фізиків показали: якщо помістити всю установку в дзеркальну оболонку, утворюється позитивний зворотний зв’язок, який посилює енергію доти, поки вона буквально не «вибухає» з системи.
Вперше вчені створили аналог «бомби чорної діри»
Цей концепт отримав назву «бомба чорної діри», і команда фізиків під керівництвом Маріон Кромб із Саутгемптонського університету (Велика Британія) заявила, що реалізувала його на практиці. Не хвилюйтеся — експеримент не становить жодної небезпеки. Він складається з алюмінієвого циліндра, що обертається, розміщеного всередині кількох шарів котушок, які створюють навколо нього магнітні поля з контрольованою швидкістю обертання.
Спочатку варто згадати про ергосферу чорної діри — простір за межами горизонту подій. Відомо, що гравітація викривлює простір-час. Гравітаційне поле чорної діри настільки потужне, що воно не просто викривлює простір-час, а й «тягне» його разом зі своїм обертанням — це явище називається «перетягуванням системи відліку».
Коли частинки рухаються крізь простір-час, викривлений гравітацією, вони продовжують рухатись із власною швидкістю. Але якщо сам простір-час обертається і частинки рухаються в тому ж напрямку, то для зовнішнього спостерігача вони виглядають швидшими — як людина, яка йде по ескалатору в аеропорту. Коли частинка виходить з рухомого простору-часу, вона має більше імпульсу.
Ми не можемо експериментально відтворити це гравітаційне явище, але команда змогла його змоделювати, використовуючи магнітні поля як замінник частинок, а котушки навколо системи — як відбивач для створення зворотного зв’язку. Коли вони провели експеримент, виявилось: якщо циліндр обертається швидше та в тому ж напрямку, що й магнітне поле, то поле підсилюється порівняно з випадком, коли циліндра немає. Якщо ж циліндр обертається повільніше за поле — магнітне поле, навпаки, послаблюється.
Це дуже цікавий результат, оскільки він демонструє чітке посилення енергії відповідно до теорій, описаних десятиліття тому.
«Система відповідає експериментальним умовам, які припускав Зельдович для спостереження спонтанної генерації, а також умовам, викладеним Press та іншими для “бомби чорної діри”», — зазначають дослідники у своїй роботі.
«Експерименти, представлені тут, є прямою реалізацією обертового поглинального підсилювача, вперше запропонованого Зельдовичем у 1971 році, та пізніше розвиненого Press і Тьюколскі в концепцію “бомби чорної діри”.»
Оскільки ми не можемо безпосередньо досліджувати чорні діри, такі аналоги — чудовий спосіб краще зрозуміти їхні властивості. Щоб визначити можливе практичне застосування результатів, знадобиться значно більше досліджень та тестувань. Втім, наразі цей експеримент може стати важливим кроком до глибшого розуміння фізики найекстремальніших гравітаційних об’єктів у Всесвіті. Препринт дослідницької роботи доступний на arXiv.