Физики в Нью-Йорке усилили радиоволны за счёт модели вращающейся чёрной дыры

В 2026 году физики сделали то, что раньше казалось научной фантастикой: они заставили радиоволны «воровать» энергию у вращающейся системы и становиться мощнее. Эксперимент, опубликованный в журнале Nature, впервые в лаборатории воспроизвел эффект, который Роджер Пенроуз предсказал еще в 1969 году для черных дыр. Суть проста и пугающе красива: пространство-время рядом с быстро вращающейся черной дырой может отдавать свою энергию проходящим волнам.

Как обмануть физику и не вращать ничего

Главная проблема проверки теории Пенроуза — материалы. Ни один металл или сплав не выдержит скорости вращения, необходимой, чтобы «раскрутить» волну до состояния сверхизлучения. Исследователи из Нью-Йорка пошли другим путем. Они собрали устройство, где вместо механического вращения использовали электронные компоненты, расположенные по кругу. Эти компоненты быстро и последовательно меняли свои электрические свойства.

Представьте себе бегущую строку на стадионе, где лампочки загораются одна за другой, создавая иллюзию движения. Здесь — то же самое, только с электрическими полями. Радиоволна «видит» систему как вращающуюся, хотя физически ничего не движется. Этот трюк называется моделью Флоке. Когда волна проходила через такую «псевдовращающуюся» среду, часть из них действительно усиливалась — они отнимали энергию у системы.

В чем суть: Волна, встречающая объект с большим угловым моментом (крутящим моментом), может отразиться мощнее, чем пришла. Это явление называется сверхизлучением вращения. Зельдович показал это математически для обычных объектов, Пенроуз — для черных дыр. Теперь это работает в пробирке.

Почему это не просто лабораторный курьез

Личное наблюдение автора: когда я читал оригинальную статью Пенроуза, меня всегда бесило, что ее невозможно проверить. Черные дыры далеко, а ускорять объекты до релятивистских скоростей на Земле — значит испарять их в плазму. Теперь этот барьер снят.

Эксперимент открывает дверь не к новым источникам энергии (не обольщайтесь, КПД там смешной), а к новому классу устройств. Речь идет об избирательном усилении сигналов. В телекоммуникациях, фотонике и квантовых вычислениях способность усиливать волны строго на определенных частотах, используя «дармовую» энергию вращения системы, — это прорыв.

• Телекоммуникации: Усилители нового типа, которые не требуют внешнего питания для усиления, а забирают энергию у самого носителя сигнала.
• Фотоника: Управление световыми волнами без нагрева материалов.
• Квантовые вычисления: Стабилизация кубитов за счет точного контроля над энергообменом.

Цифры и факты, которые меняют картину

До 2026 года считалось, что эффект Пенроуза — это чистая математика для астрофизиков. Теперь у нас есть работающая физическая модель. Исследователи не просто увидели усиление волн — они измерили, что волны переходят в более мощное состояние, отдавая энергию системе. Это прямое доказательство того, что энергия может выходить из области вблизи горизонта событий.

Сравните: раньше мы могли только наблюдать за черными дырами через телескопы и строить модели. Теперь мы можем «пощупать» этот процесс в контролируемых условиях. Это как если бы вместо того, чтобы смотреть на извержение вулкана издалека, вы построили его уменьшенную копию на столе и научились предсказывать, когда он выбросит пепел.

Резюме от автора

Не ждите, что завтра появятся батарейки, работающие на энергии черных дыр. Но этот эксперимент — мастер-класс по тому, как обходить физические ограничения. Они не вращали объект — они заставили волну «думать», что он вращается. Это меняет правила игры в физике. Теперь любой эффект, предсказанный для экстремальных условий космоса, можно проверить в лаборатории. И это стоит запомнить.

По материалам: iXBT