Wetenschappers hebben met succes een ‘zwart gat-energie-extractiemachine’ in het laboratorium gesimuleerd, waardoor een nieuw pad is geopend voor toekomstige verkenning van de fysieke mechanismen van de meest extreme objecten in het universum. Dit belangrijke experimentele resultaat kwam voort uit een theorie voorgesteld door de beroemde 20e-eeuwse natuurkundige Sir Roger Penrose.
Volgens de berekeningen van Penrose kan rond een roterend zwart gat de gewelddadige vervorming van de ruimte-tijd (het 'reference frame drag'-effect) enorme hoeveelheden energie genereren en vrijgeven. Dit energiewinningsgebied wordt de ‘ergosfeer’ genoemd en bevindt zich buiten het beroemde ‘pad waar geen terugkeer mogelijk is’ van het zwarte gat: de waarnemingshorizon.
Omdat mensen een echt zwart gat in het laboratorium niet rechtstreeks kunnen verplaatsen om te testen, heeft een onderzoeksteam van de City University of New York (CUNY) een perfect alternatief gevonden. Ze gebruikten zorgvuldig gemoduleerde radiogolven om de rotatie van ruimte en tijd nauwkeurig te simuleren, waardoor extreem hoge rotatiesnelheden ontstonden die mechanische systemen eenvoudigweg niet konden bereiken.
Om deze radiogolfversie van het ‘zwarte gat’ te analyseren, introduceerden de onderzoekers de ‘Floquet-theorie’ in de wiskunde. Dit is hetzelfde als het uitoefenen van duwkracht op een kind dat op een schommel zit. Zolang de timing van elke duw perfect gesynchroniseerd is met de oscillatiefrequentie van de zwaai zelf, zal de zwaai steeds hoger gaan. In het experiment, toen elektromagnetische golven met specifieke rotatiekarakteristieken interactie hadden met het systeem, werd met succes energie uit het systeem geëxtraheerd en werd de golfamplitude versterkt.
Hady Moussa, co-hoofdauteur van de studie en promovendus aan de City University van New York, zei dat golven met geschikte rotatiekarakteristieken energie uit het systeem onttrekken en worden versterkt, wat perfect het fysieke kernmechanisme van het ‘Penrose-Zeldovich-proces’ reproduceert.
Dit experiment bracht met succes de theorie van extreme rotatiedynamica in de praktijk. Het bevestigde niet alleen lange tijd het geniale idee van natuurkundigen, maar creëerde ook een krachtig en multifunctioneel experimenteel platform. Het zal astrofysici, wetenschappers op het gebied van de golffysica en de kwantumwetenschap helpen dieper in te gaan op de mysteries van de meest gewelddadige en mysterieuze zwarte gaten in de diepten van het universum in een absoluut veilige laboratoriumomgeving. De onderzoeksresultaten zijn officieel gepubliceerd in het bekende wetenschappelijke tijdschrift Nature.