Физики проверили идею Пенроуза на практике: энергия получена из сверхсветового движения

Физики Центра перспективных научных исследований (АСРК) Городского университета Нью-Йорка создали уникальное устройство, имитирующее вращающийся объект, движущийся со сверхсветовой скоростью относительно электромагнитных волн. Эксперимент, опубликованный в научном журнале Натуре, впервые перевёл из теории в практическую плоскость механизм Пенроуза—Зельдовича — процесс, при котором вращающееся тело передаёт волне свою энергию и усиливает её. Об этом сообщает Иксбт.ком сообщает .

Этот научный принцип восходит к идее знаменитого физика Роджера Пенроуза. Согласно ей, часть частицы, попавшей в эргосферу чёрной дыры, пересекает горизонт событий, а другая часть может покинуть окрестности чёрной дыры с большей энергией, чем исходная частица. Позднее Яаков Зельдович обобщил этот механизм и показал, что любой объект, вращающийся с достаточно высокой скоростью, способен передавать энергию падающей на него волне.

Преодоление ограничений с помощью синтетического движения

Однако долгое время проверить эту теорию на практике было невозможно, поскольку механически раскрутить какой-либо объект до столь экстремальных скоростей нереально. Исследовательской группе под руководством Андреа Алу удалось обойти это ограничение, заменив физическое вращение синтетическим движением, возникающим в результате пространственно-временной модуляции среды.

Как сообщает иксбт.ком, устройство представляет собой кольцо из нескольких резонаторов, свойства которых изменяются по заданной программе. Благодаря этому волна ведёт себя так, будто распространяется внутри стремительно вращающегося объекта. Само устройство остаётся неподвижным, однако движущийся по кольцу модуляционный узор не связан с механическими ограничениями, поэтому эффективная скорость вращения может превышать скорость света.

Параметрические процессы и практические перспективы

Когда эффективная скорость превышает скорость света, в зонной структуре такого пространственно-временного кристалла возникают запрещённые щели для углового момента. Именно здесь запускаются параметрические процессы: волны с необходимыми характеристиками вращения начинают забирать энергию у синтетического вращения и усиливаться.

По словам авторов, этот подход создаёт совершенно новый способ взаимодействия между волной и материальной средой. Волны с заданными характеристиками получают энергию от синтетического вращения, обеспечивая широкополосное избирательное усиление.

Перенос экстремальной вращательной динамики из области чистой теории в практический эксперимент с помощью синтетического движения имеет фундаментальное значение для астрофизики, волновой и квантовой физики. Одновременно эта технология открывает практические перспективы в системах связи, оптике и фотонике. Следующая цель исследователей — адаптировать метод для практических задач обработки данных, включая квантовые системы.