Fizikçiler Penrose’un fikrini uygulamada test etti: Işık hızından hızlı hareketten enerji elde edildi

New York Şehir Üniversitesi İleri Bilimsel Araştırmalar Merkezi (ASRC) fizikçileri, elektromanyetik dalgalar için ışık hızından daha yüksek bir hızda dönen bir nesneyi taklit eden benzersiz bir cihaz geliştirdi. Nature dergisinde yayımlanan deney, Penrose–Zeldovich mekanizmasını — dönen bir cismin enerjisini dalgaya aktararak onu güçlendirmesi sürecini — ilk kez teoriden uygulamaya taşıdı. Bu konuda Ixbt.com haber veriyor.

Bu bilimsel ilke, ünlü fizikçi Roger Penrose’un fikrine dayanıyor. Buna göre, kara deliğin ergosferine düşen bir parçacığın bir kısmı olay ufkunun ötesine geçerken, diğer kısmı başlangıçtaki parçacığa kıyasla daha fazla enerjiyle kara deliğin çevresinden ayrılabilir. Daha sonra Yakov Zeldovich bu mekanizmayı genelleştirerek, yeterince yüksek hızda dönen herhangi bir nesnenin kendisine gelen dalgaya enerji aktarabileceğini göstermişti.

Sentetik hareketle sınırların aşılması

Ancak bu teoriyi uygulamada test etmek uzun süre mümkün olmadı; çünkü herhangi bir cismi mekanik olarak bu olağanüstü hızlara çıkarmak imkânsızdı. Andrea Alù liderliğindeki araştırma ekibi, fiziksel dönmenin yerine uzay-zaman ortamının modülasyonuyla oluşturulan sentetik hareketi koyarak bu sınırlamayı aşmayı başardı.

ixbt.com’un aktardığına göre cihaz, özellikleri kesin olarak belirlenmiş bir programa göre değişen birkaç rezonatörden oluşan bir halkadan meydana geliyor. Bu durum, dalganın sanki hızla dönen bir nesnenin içinde ilerliyormuş gibi hareket etmesini sağlıyor. Cihazın kendisi sabit kalsa da halka boyunca ilerleyen modülasyon deseni mekanik sınırlarla kısıtlanmıyor; bu nedenle etkin dönüş hızı ışık hızını aşabiliyor.

Parametrik süreçler ve pratik beklentiler

Etkin hız ışık hızını aştığında, böyle bir uzay-zaman kristalinin bant yapısında açısal momentum için yasak aralıklar oluşuyor. Parametrik süreçler tam da burada devreye giriyor: Gerekli dönme özelliklerine sahip dalgalar sentetik dönmeden enerji çekerek güçlenmeye başlıyor.

Yazarların belirttiğine göre bu yaklaşım, dalga ile maddi ortam arasındaki etkileşime tamamen yeni bir yöntem kazandırıyor. Bu yöntemde seçilen özelliklere sahip dalgalar sentetik dönmeden enerji alarak geniş bantlı seçici yükseltme sağlıyor.

Sentetik hareketin aşırı dönme dinamiklerini salt teori alanından uygulamalı deneye taşıması, astrofizik, dalga fiziği ve kuantum fiziği açısından temel önem taşıyor. Aynı zamanda bu teknoloji, iletişim sistemleri, optik ve fotonik alanlarında pratik beklentiler sunuyor. Araştırmacıların bir sonraki hedefi, bu yöntemi kuantum sistemleri de dahil olmak üzere veri işlemenin pratik görevlerine uyarlamak.