Предсказанный для чёрных дыр эффект воспроизведён с помощью звука

24 июня 2020 года

Физики из Университета Глазго (Великобритания) и Аризонского университета (США) продемонстрировали усиление звуковых волн, проходящих через вращающийся диск, тем самым подтвердив эффект, который много лет назад был предсказан для вращающихся чёрных дыр. Результаты исследования опубликованы в международном журнале Nature Physics.

В 1969 году британский учёный Роджер Пенроуз теоретически показал, что объекты, оказывающиеся вблизи чёрной дыры (в области так называемой эргосферы) могут ускоряться и уносить с собой часть энергии вращения этого необычного космического тела. Хотя нет никакой возможности наблюдать этот эффект, получивший название процесса Пенроуза, в 1971 году советский астрофизик Яков Борисович Зельдович предложил «земной» аналог этого явления. Он показал, что свет, отражающийся от вращающегося металлического цилиндра, может приобретать дополнительную энергию. Ключевую роль в этом играет эффект Доплера, который в условиях вращающейся геометрии требует, чтобы падающий свет был «закрученным» (другими словами, обладал ненулевым угловым моментом). Однако, учитывая большую частоту света, наблюдение эффекта Зельдовича потребовало бы нереалистично высоких скоростей вращения цилиндра.



В новой работе физики обошли это затруднение, использовав вместо света звуковые волны, обладающие намного меньшими частотами. Расположив динамики определённым образом в пространстве, им удалось создать «закрученную» звуковую волну, которая затем проходила через вращающийся диск и регистрировалась с помощью микрофонов. Увеличивая скорость вращения диска, учёные в соответствии с эффектом Доплера наблюдали плавное уменьшение частоты звуковых волн вплоть до нуля, когда звук невозможно было услышать. При дальнейшем увеличении скорости вращения мы попадаем в область отрицательных частот звука, что является прямым аналогом объекта, падающего в чёрную дыру (ему можно приписать отрицательную энергию). В этом режиме звук после взаимодействия с диском становится громче, приобретая дополнительную энергию за счёт вращения объекта, что является аналогом ускорения тела, покидающего эргосферу вращающейся чёрной дыры.

Профессор Даниэле Фаччо (англ. Daniele Faccio) из Университета Глазго отметил: «Мы очень взволнованы, что смогли экспериментально проверить эту чрезвычайно странную физику спустя полвека после того, как теория была впервые предложена. Странно думать, что мы смогли подтвердить полувековую теорию из области физики космоса здесь, в нашей лаборатории на западе Шотландии, но мы думаем, что это откроет много новых возможностей для научных исследований. Нам интересно посмотреть, как мы сможем исследовать этот эффект в других ситуациях, например для электромагнитных волн, в ближайшем будущем».

 

ИсточникиПравить

 

Комментарии

Викиновости и Wikimedia Foundation не несут ответственности за любые материалы и точки зрения, находящиеся на странице и в разделе комментариев.