Enerji karadelik tarafından emilebilir mi?
Dönen bir kara delik o kadar aşırı bir doğa kuvvetidir ki etrafındaki zamanı ve etrafını onunla sürükler. Dolayısıyla karadeliklerin bir çeşit enerji kaynağı olarak kullanılıp kullanılamayacağını sormak doğaldır. 1969’da, matematiksel fizikçi Roger Penrose , şimdi ” Penrose Süreci ” olarak bilinen, sadece bunu yapmak için bir yöntem önerdi .
Yöntem sofistike uygarlıklar (uzaylılar veya gelecekteki insanlar) tarafından “karadelik bombalar” yaparak enerji toplamak için kullanılabilir. Bununla birlikte, yapılması gereken fiziklerin bazıları şimdiye kadar deneysel olarak doğrulanmamıştı. Temel fiziği doğrulayan çalışmamız Doğa Fiziği’nde yayınlandı .
Olay ufkunun etrafında (ötesinde hiçbir şeyin, hatta ışığın bile kaçamayacağı bir kara deliğin etrafındaki sınır), dönen bir kara delik ” ergosfer ” adı verilen bir bölge oluşturur . Bir nesne ergosferin içine, bir kısmı kara deliğe ve diğeri kaçarak – bölünecek şekilde düşerse, etkili bir şekilde kara delik pahasına enerji kazanır. Böylece dönen bir kara deliğe nesneler veya ışık göndererek enerjiyi geri alabiliriz.
Teori
Fakat bu teori uyuşuyor mu? 1971’de Rus fizikçi Yakov Zel’dovich onu Dünya’da test edilebilecek diğer dönen sistemlere çevirdi . Kara delik, enerjiyi emebilen bir malzemeden yapılmış dönen bir silindir haline geldi.
Zel’dovich, ışık dalgalarının silindirden enerji çekip çoğaltılabileceğini hayal etti. Bununla birlikte, amplifikasyon etkisinin çalışması için, bu dalgaların “açısal momentum” adı verilen ve onları spirallere büken bir şeye sahip olması gerekir .
Bükülmüş ışık dalgaları böyle bir silindire çarptığında, ” Doppler kayması ” adı verilen bir şey yüzünden frekansları değişmelidir . Büyük olasılıkla bir ambulans sireni dinlerken bunu yaşadınız. Size doğru hareket ettiğinde, sizden uzaklaştığından daha yüksek bir perdeye sahiptir – seyahat yönü sesin perdesini değiştirir. Benzer şekilde, dönme hızındaki değişiklikler bir ışık dalgasının algılanan frekansını değiştirir.
Silindir yeterince hızlı dönerse, değiştirilen dalga frekansı negatif olacak şekilde düşmelidir (bu sadece dalganın ters yönde döndüğü anlamına gelir).
Pozitif frekans dalgaları silindir tarafından kısmen emilmeli ve enerji kaybedilmelidir. Ancak negatif frekans dalgaları bu kaybı kazanca dönüştürür ve bunun yerine silindir tarafından güçlendirilir. Tıpkı Penrose’un kara deliğinden kaçan nesne gibi, rotasyondan enerji çıkaracaklardı.
Zeldovich’in teorisini test etmek basit görünebilir. Ancak dönen nesnenin, dalgalarla aynı veya daha yüksek frekansta dönmesi gerekir. Saniyede yüzlerce trilyon kez frekansta salınan görünür ışık dalgalarını yükseltmek için, bugün mekanik olarak mümkün olan her şeyden emici bir nesneyi milyarlarca kez daha hızlı döndürmeniz gerekir.
Enerji ve Karadelik için Atılım
Işık saniyede yaklaşık 300 milyon metre hareket eder. Teorinin test edilmesini kolaylaştırmak için, kabaca bir milyon kat daha yavaş ilerleyen ses dalgalarını kullanmayı seçtik, yani bu kadar çabuk dönmesi için emiciye ihtiyacımız yoktu.
Bükülmüş bir ses dalgası oluşturmak için, hepsi aynı frekansta yayılan ancak biraz farklı zamanlarda başlayan bir hoparlör halkası kullandık, böylece ses bir spirali takip ediyor. Dönen emicimiz için motora bağlı bir parça ses emici köpük kullandık. Köpüğün içine yerleştirilen mikrofonlar, sesi dönen emici ile etkileşime girdikten sonra kaydetmemizi sağladı.
Köpük yavaşça (düşük frekansta) yayıldığı zaman, kaydettiğimiz sesin daha sessiz olduğunu, çünkü köpük tarafından emildiğini tespit ettik. Ancak köpüğü Doppler için yeterince hızlı döndürdüğümüzde, ses dalgalarının frekansını negatif hale getirecek kadar kaydırır, ses daha yüksek hale gelir.
Bu sadece ses dalgasının dönen emicimizden enerji aldığı ve sonunda 50 yıllık teoriyi kanıtladığı anlamına gelebilir.
Karadelik bombası
Bütün bunlar elbette Penrose’un enerji çıkarma fikrinin aslında bir kara delik için çalışacağını açıkça doğrulamıyor. Daha ziyade deneylerimiz, dalga frekanslarının enerji kaybetmekten ziyade kazanılan dalgalarda pozitiften negatif sonuçlara kaydırıldığını göstererek sezgisel altta yatan fiziği doğrular.
Dönen bir kara delikten enerji çıkarmaya yakın bir yerde olmasak da, bu çok gelişmiş bir uzaylı medeniyeti ya da uzak gelecekte kendi medeniyetimiz tarafından yapılamayacağı anlamına gelmez. Böyle bir medeniyet, karadelik etrafında onunla birlikte dönen bir yapı inşa edebilir ve daha sonra daha fazla enerji ile yansıtılacak olan asteroitleri veya hatta elektromanyetik dalgaları düşürebilir.
Daha da iyisi, kara deliği yansıtan bir ayna kabuğu ile tamamen çevreleyerek kara delik bombası yapabilirlerdi. Kara deliğe parlatılmış olan ışık yükseltilmiş olarak geri dönecek ve daha sonra ayna tarafından tekrar yükseltilecek olan kara deliğe geri yansıyacaktır.
Kaçak bir patlamada enerji katlanarak artacaktır. Ancak bu güçlendirilmiş ışığın bir kısmını bir delikten kabuğundan dışarı bırakarak, süreci kontrol edebilir ve esasen sınırsız enerji üretebilirsiniz.
Bu hala bilim kurgu olmasına rağmen, evrenin öldüğü ve galaksilerin ve yıldızların tek kalıntılarının kara delik olduğu çok uzak bir gelecekte, bu yöntem herhangi bir medeniyetin hayatta kalması için tek umut olacaktır. Bu, tamamen siyah bir gökyüzünde parlak, parlayan, muazzam, yalıtılmış enerji kaynaklarına sahip bir evren olurdu.
