Physiker testen Penrose-Idee in der Praxis: Energie aus Überlichtgeschwindigkeit gewonnen

Physiker am Advanced Science Research Center (ASRC) der City University of New York haben ein einzigartiges Gerät entwickelt, das für elektromagnetische Wellen ein Objekt simuliert, das sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit dreht. Das in Nature veröffentlichte Experiment überführt den Penrose-Zeldovich-Mechanismus erstmals von der Theorie in die Praxis: einen Prozess, bei dem ein rotierender Körper seine Energie an eine Welle überträgt und sie verstärkt. Ixbt.com berichtet darüber.

Dieses wissenschaftliche Prinzip geht auf eine Idee des berühmten Physikers Roger Penrose zurück. Demnach kann ein Teilchen, das in die Ergosphäre eines Schwarzen Lochs fällt, teilweise hinter den Ereignishorizont gelangen, während der andere Teil das Schwarze Loch mit mehr Energie als das ursprüngliche Teilchen verlassen kann. Yaakov Zeldovich verallgemeinerte diesen Mechanismus später und zeigte, dass jedes Objekt, das sich mit ausreichend hoher Geschwindigkeit dreht, Energie an eine einfallende Welle übertragen kann.

Grenzen durch synthetische Bewegung überwinden

Die praktische Überprüfung dieser Theorie blieb jedoch lange Zeit unmöglich, da kein physischer Körper mechanisch auf derart außergewöhnliche Geschwindigkeiten beschleunigt werden kann. Ein Forschungsteam unter der Leitung von Andrea Alù umging diese Einschränkung, indem es die physische Rotation durch eine synthetische Bewegung ersetzte, die durch die Modulation eines raumzeitlichen Mediums entsteht.

Laut ixbt.com besteht das Gerät aus einem Ring mit mehreren Resonatoren, deren Eigenschaften sich nach einem genau festgelegten Programm verändern. Dadurch verhält sich die Welle so, als würde sie sich in einem schnell rotierenden Objekt ausbreiten. Obwohl das Gerät selbst stationär bleibt, ist das sich entlang des Rings bewegende Modulationsmuster nicht an mechanische Grenzen gebunden. Daher kann seine effektive Rotationsgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit überschreiten.

Parametrische Prozesse und praktische Perspektiven

Wenn die effektive Geschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit überschreitet, entstehen in der Bandstruktur dieses raumzeitlichen Kristalls verbotene Lücken für den Drehimpuls. Genau hier setzen parametrische Prozesse ein: Wellen mit den erforderlichen Rotationseigenschaften entziehen der synthetischen Rotation Energie und beginnen, sich zu verstärken.

Die Autoren betonen, dass dieser Ansatz eine völlig neue Art der Wechselwirkung zwischen Wellen und materiellen Medien schafft. Wellen mit ausgewählten Eigenschaften können der synthetischen Rotation Energie entziehen und so eine breitbandige selektive Verstärkung ermöglichen.

Die Überführung extremer Rotationsdynamik durch synthetische Bewegung aus der reinen Theorie in praktische Experimente ist für Astrophysik, Wellenphysik und Quantenphysik von grundlegender Bedeutung. Zugleich eröffnet die Technologie praktische Perspektiven für Kommunikationssysteme, Optik und Photonik. Als nächsten Schritt wollen die Forscher die Methode an praktische Aufgaben der Datenverarbeitung, einschließlich Quantensystemen, anpassen.