Физики впервые воплотили концепцию Пенроуза, добыв энергию за счет иллюзии сверхсветового движения

Коллектив исследователей из Центра передовых научных исследований при Городском университете Нью-Йорка (ASRC) спроектировал установку, воспринимаемую электромагнитными волнами как структура, вращающаяся быстрее скорости света. Данная научная работа, обнародованная в журнале Nature, впервые воплотила на практике знаменитый эффект Пенроуза–Зельдовича — явление, при котором вращающийся массивный объект делится частью своей энергии с волной, существенно ее усиливая.

В основе концепции лежат теоретические выкладки Роджера Пенроуза: элементарная частица, проникая в эргосферу черной дыры (пространство между горизонтом событий и границей статичности), способна разделиться. В результате одна ее часть поглощается черной дырой, а вторая устремляется наружу, обладая колоссальным энергетическим потенциалом, превосходящим первоначальный. Позже Яков Зельдович расширил эту теорию, доказав, что любое тело, вращающееся с колоссальной угловой скоростью, способно передавать энергию сталкивающейся с ним волне. Однако экспериментальное подтверждение этой гипотезы долгое время считалось невыполнимым из-за непреодолимых механических барьеров при разгоне материи.

Группа ученых во главе с Андреа Алу нашла элегантный выход из тупика, заменив реальное вращение симуляцией — комплексной модуляцией свойств материальной среды в пространстве и времени. Экспериментальный образец выполнен в виде замкнутого контура из резонаторов, параметры которых изменяются по строгому алгоритму. Это заставляет волны распространяться так, будто они заключены внутри стремительно вращающейся субстанции. Хотя сама установка неподвижна, бегущая по кольцу волна модуляции не ограничена механическими законами, что позволяет фиктивной скорости вращения преодолевать световой барьер.

Как только расчетная скорость превосходит скорость света, в зонном спектре такого пространственно-временного кристалла формируются уникальные запрещенные зоны для углового момента. Именно в этот момент активируются параметрические процессы: волны с заданными параметрами начинают аккумулировать энергию искусственного вращения и многократно усиливаются.

Наш подход открывает принципиально новый способ взаимодействия волн с материальной средой, при котором сигналы с определенными свойствами черпают энергию из синтетического вращения, гарантируя широкополосное селективное усиление

пояснил профессор Алу

Создатели разработки акцентируют внимание на том, что моделируемое движение переносит экстремальную ротационную физику из разряда абстрактных гипотез в плоскость реальных экспериментов. Помимо фундаментальной ценности для астрофизики и квантовой механики, эта технология открывает блестящие перспективы для развития оптических систем, фотоники и современных средств связи. Следующей целью исследователей станет адаптация разработанного метода под нужды прикладных вычислений и квантовых информационных систем.

Источник: iXBT