Науковці зробили важливий крок до перевірки однієї з найвідоміших теорій сучасної фізики. Дослідники зі США змогли в лабораторних умовах відтворити явище, яке понад пів століття тому описав лауреат Нобелівської премії Роджер Пенроуз. Йдеться про механізм, який теоретично дозволяє отримувати енергію від обертання чорної діри. Результати роботи, опубліковані в журналі Nature, не означають, що людство навчилося “живитися” енергією чорних дір. Однак експеримент підтвердив ключові принципи теорії та відкрив нові можливості для розвитку фотоніки, оптики, бездротового зв’язку й квантових технологій. Теорія, що випередила свій час Ще у 1969 році британський фізик Роджер Пенроуз припустив, що частину енергії швидко обертової чорної діри можна “викрасти”. Згідно з його моделлю, якщо частинка потрапить до спеціальної області навколо чорної діри — ергосфери, — вона може розділитися на дві частини. Одна з них поглинається чорною дірою, а інша вилітає назовні вже з більшою енергією, ніж мала спочатку. Через кілька років радянський фізик Яків Зельдович запропонував схожий механізм для хвиль. Він припустив, що якщо хвиля взаємодіятиме з об’єктом, який обертається надзвичайно швидко, вона також зможе “забрати” частину його енергії та посилитися. Протягом десятиліть ця ідея залишалася лише красивою теоретичною концепцією, адже створити в лабораторії об’єкт із подібною швидкістю обертання було практично неможливо. Як вдалося обійти фізичні обмеження Команда дослідників із Центру передових наукових досліджень CUNY (США) знайшла оригінальне рішення. Замість того щоб розкручувати матеріальний об’єкт до екстремальних швидкостей, вони створили систему, яка лише імітує надшвидке обертання. Для цього вчені використали кільцеву конструкцію з електронних резонаторів, властивості яких змінювалися у просторі та часі за точно заданою послідовністю. У результаті електромагнітні хвилі “сприймали” систему так, ніби вона обертається зі швидкістю, недосяжною для будь-якого механічного пристрою. При цьому жоден елемент установки фізично не рухався. Хвилі почали отримувати додаткову енергію Під час експерименту дослідники направляли електромагнітні хвилі в штучно створену систему. Виявилося, що хвилі з певними характеристиками дійсно отримували додаткову енергію та виходили із системи сильнішими, ніж були на вході. Саме такий ефект понад 50 років тому передбачали Пенроуз і Зельдович. Ключову роль у дослідженні відіграли метаматеріали — спеціально створені структури, які дозволяють керувати поширенням хвиль способами, недоступними для звичайних матеріалів. Що таке синтетичне обертання Дослідники називають використаний ними підхід синтетичним обертанням. Воно створює ілюзію надшвидкого руху без фактичного переміщення матерії. Фактично система моделює умови, які в природі існують поблизу найекстремальніших космічних об’єктів, але робить це в контрольованому лабораторному середовищі. Такий підхід дозволяє вивчати процеси, які раніше були доступні лише в теоретичних розрахунках. Перспективи для науки й технологій Автори роботи наголошують, що їхній експеримент виходить далеко за межі астрофізики. Нова технологія може стати основою для створення ефективніших систем керування електромагнітними хвилями, нових компонентів оптичного обладнання, сучасних засобів бездротового зв’язку та квантових інформаційних технологій. У майбутньому дослідники планують перевірити, чи можна застосувати цей принцип у фотонних і квантових системах, де він може відкрити нові способи передавання інформації та керування світлом. Таким чином, ідея, яка народилася понад пів століття тому під час досліджень чорних дір, поступово перетворюється з теоретичної моделі на реальний інструмент сучасної науки.