Физики впервые в истории создали… «бомбу из черной дыры»

В 1969 году Роджер Пенроуз придумал идею, которая казалась безумной. Ученый предложил извлекать энергию… из черной дыры. Но полвека спустя исследователи создали ее миниатюрную модель в лабораторных условиях, открыв путь к пониманию самых загадочных объектов Вселенной.

Энергия из пустоты

Итак, когда-то Пенроуз, опираясь на общую теорию относительности Эйнштейна, описал процесс, который позже назвали именем этого физика. Пенроуз предположил: если частица пролетит рядом с вращающейся черной дырой, то она может украсть часть «силы» космической бездны.



Дело в том, что дыра буквально «закручивает» пространство-время вокруг себя, создавая область, где законы физики работают иначе. Частица, попавшая в эту зону, ускоряется до невероятных скоростей, а затем выбрасывается обратно с большей энергией, чем имела изначально.

В 1971 году советский физик Яков Зельдович перенес эту идею в лабораторию. Он рассчитал, что похожий эффект «сверхизлучения» может происходить, когда свет взаимодействует с металлическим цилиндром, вращающимся на огромной скорости. Если точнее, то для возникновения эффекта Пенроуза цилиндр должен вращаться с частотой, равной частоте света — что было практически нереально.


— Хендрик Ульбрихт, Саутгемптонский университет (Великобритания).

Но Зельдович на этом не успокоился. Ученый из СССР предположил, что если окружить цилиндр зеркалами, энергия будет отражаться и накапливаться, пока не произойдет взрыв. Применительно к черным дырам это означало: их вращение способно генерировать колоссальные выбросы энергии, сравнимые со вспышкой сверхновой. Так родилась концепция «бомбы из черной дыры» — устройства, которое превращает космический вакуум в источник энергии.

Черная дыра «в пробирке»

В 2020 году, во время карантина из-за COVID-19, Хендрик Ульбрихт решил проверить идею Зельдовича. В своей домашней лаборатории он собрал установку из вращающегося алюминиевого цилиндра и магнитных катушек. Результаты превзошли ожидания: система начала генерировать энергию, заметно усиленную.


— вспоминает ученый.

Позже Ульбрихт и его команда создали более сложный прототип. Цилиндр, вращаемый электродвигателем, окружили тремя слоями катушек, создающими магнитное поле. Катушки играли роль «зеркал», а поле имитировало свет. Как и предсказывал Зельдович, система входила в режим положительной обратной связи: слабый сигнал на входе усиливался, превращаясь в мощный импульс.



Но самое удивительное произошло, когда ученые убрали внешнее магнитное поле. Установка продолжала генерировать энергию, извлекая ее буквально из «шума» вакуума.


— объясняет Ульбрихт.

Эксперимент подтвердил: физические принципы, действующие в лаборатории, идентичны тем, что управляют черными дырами.


— Витор Кардозу, Лиссабонский университет.

Ключ к темной материи и гравитационным волнам

Черные дыры — не просто «космические пылесосы». Их вращение влияет на структуру пространства-времени, порождает гравитационные волны и, возможно, связаны с таинственной темной материей. Лабораторная модель Ульбрихта дает ученым инструмент для изучения этих процессов.

Например, если вокруг реальной черной дыры существуют невидимые поля (например, порождающие темную материю), сверхизлучение должно их «раскачивать», создавая облака частиц. Это, в свою очередь, замедлит вращение дыры или вызовет гравитационные волны, которые можно зафиксировать.


— Кардозу.

Интересно, что в 2019 году проект Event Horizon Telescope впервые получил изображение черной дыры в галактике M87. Ее кольцевая структура и тень подтвердили предсказания Эйнштейна. Теперь же эксперименты вроде установки Ульбрихта позволяют заглянуть «внутрь» дыр, исследуя их динамику.

А что же будет дальше?

Сегодня модель «бомбы из черной дыры» — лишь первый шаг. Ученые планируют усложнить эксперименты, добавив больше катушек или изменив скорость вращения. Но главный вопрос остается открытым: если черные дыры действительно способны накапливать и высвобождать энергию, как это меняет наше понимание Вселенной?

Возможно, в будущем мы научимся «считывать» сигналы от далеких дыр, расшифровывая их взаимодействие с темной материей. Или обнаружим, что сверхизлучение — ключ к новым источникам энергии. А пока ясно одно: даже в скучном карантине можно совершить открытие, которое перевернет астрофизику.