Черные дыры могут стать бесконечным источником энергии для технологически продвинутых цивилизаций

Черные дыры могут стать бесконечным <a href=источником энергии для технологически продвинутых цивилизаций» alt=»Черная дыра» title=»Черная дыра» / />

Ученые из университета Глазго получили подтверждения достоверности одной теории, высказанной более пятидесяти лет назад, согласно которой очень развитая в технологическом плане внеземная цивилизация может использовать черные дыры в качестве практически неисчерпаемых источников энергии. Даже возможность проверки этой теории находилась длительное время за пределами возможностей наших нынешних технологий, но ученым все же удалось это сделать, используя в своих экспериментах звуковые волны.

Идея использования черной дыры в качестве источника энергии напоминает предмет одного из эпизодов сериала «Доктор Кто» 1970-х годов. Но, еще в 1969 году британский физик Роджер Пенроуз, исследуя свойства тогда еще теоретических черных дыр, нашел, что черные дыры могут быть полезны для цивилизаций, вышедших на определенный уровень развития технологий. Пенроуз выдвинул теорию, что если взять объект, и поместить его в район верхней границы горизонта событий черной дыры, он будет оставаться некоторое время там, двигаясь по кругу, постепенно снижаясь, приобретая «отрицательную энергию» и разгоняясь до скорости, близкой к скорости света. Особые условия пространственно-временного континуума в той области благоприятствуют тому, что кинетическую энергию этот объект будет получать, буквально черпая ее из вакуума.

Затем, если этот объект разделится на два объекта, один из которых канет в пучину черной дыры, а второй будет извлечен и поднят, это компенсирует приобретенную объектом отрицательную энергию, позаимствовав ее у вращения черной дыры. Само собой реализация такого, не говоря уж о возможности пребывания в непосредственной близости от черной дыры, потребует такого уровня развития технологий цивилизации, который еще даже не просматривается на горизонте развития наших земных технологий.

В 1971 году советский физик Яков Борисович Зельдович придумал эксперимент со «скрученным» светом, который мог подтвердить теорию Роджера Пенроуза. Скрученный свет — это специально сформированный луч света, который скручивается вдоль его волнового фронта к точке в центре луча. В результате получается спиральная форма луча света с пустым ядром в центре луча и если такой луч нацелить на металлический цилиндр, вращающийся с определенной скоростью, отраженный от него луч приобрел бы дополнительную энергию, позаимствовав ее от энергии вращения цилиндра за счет некоторых явлений, связанных с эффектом Доплера. Однако, для реализации такого эксперимента потребовалось бы, чтобы цилиндр вращался со скоростью более миллиарда оборотов в секунду, что является недостижимым и на сегодняшний день.

Черные дыры могут стать бесконечным <a href=источником энергии для технологически продвинутых цивилизаций» alt=»Установка для получения скрученных звуковых волн» title=»Установка для получения скрученных звуковых волн» / />

Вопрос с теорией Роджера Пенроуза стоял открытым в течение 50 лет, пока группа ученых из Школы физики и астрономии университета Глазго, используя весьма нестандартный подход, попробовала использовать вместо скрученного света скрученные звуковые волны, частота которых намного меньше частоты волн света. И это позволило провести эксперимент уже на нынешнем уровне развития технологий.

Для создания скрученных звуковых волн ученые использовали множество излучателей, расположенных в виде кольца. Полученная волна была нацелена на вращающийся поглотитель, диск, изготовленный из строительной пены. Микрофоны, установленные позади диска, измеряли частоту и амплитуду прошедшей сквозь быстро вращающийся диск звуковой волны, параметры которой должны были укладываться в рамки теорий Пенроуза и Зельдовича.

В этом эксперименте постоянно ускоряющееся вращение диска сначала снизило амплитуду звука почти до неслышимого порога, но позже амплитуда прошедшего звука поднялась до изначального уровня, а затем — до уровня на 30 процентов выше того, который излучается динамиками.

«Вращательный эффект Доплера подобен обычному линейному, но его эффект ограничен круглым пространством, и поэтому именно скрученные звуковые волны изменяют свои параметры на значительную величину» — пишут исследователи, — «И если поверхность вращается достаточно быстро, то со скрученными звуковыми волнами могут происходить весьма странные вещи, они могут изменить свою частоту с положительной на отрицательную и «украсть», при этом, некоторое количество энергии у вращающейся поверхности».

«То, что мы получили в ходе нашего эксперимента — экстраординарно с точки зрения физики. Сначала частота звуковых волн снижается почти до нуля за счет эффекта Доплера. Но когда скорость вращения увеличивается еще больше, звук появляется снова, при этом частота вращения звуковых волн изменяется с положительной на отрицательную, звуковые волны получают дополнительную энергию от вращающегося диска и становятся громче, чем они были до этого. И все это полностью укладывается в теоретические выкладки Якова Зельдовича, изложенные им в 1971 году».

фотон

Смотрите также

Установлен мировой рекорд по длительности непрерывной работы плазменного ускорителя частиц

Установлен мировой рекорд по длительности непрерывной работы плазменного ускорителя частиц

Группа ученых и инженеров из германской исследовательской организации Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) достигла очень важного этапа на пути создания ускорителя частиц следующего поколения. Впервые созданный ими экспериментальный лазерно-плазменный ускоритель LUX beamline проработал непрерывно более суток, точнее, в течение 30 часов, генерируя лучи высокоэнергетических электронов. И теперь технология лазерно-плазменного ускорения, по мнению ученых, готова выйти из стен лабораторий в поле практического применения.

Ученые-физики надеются, что метод лазерно-плазменного ускорения станет основой нового поколения мощных и компактных ускорителей частиц. В этом методе луч лазерного света или пучок высокоэнергетических частиц создает плазменную волну во внутреннем объеме ускорителя, геометрия которого тщательно рассчитывается и приближается к идеальной. Плазма — это газ, в котором молекулы газа лишены части своих электронов, в ускорителе LUX в качестве этого газа используется чистый водород.

Импульсы лазерного света проходят сквозь газ в форме тонких энергетических дисков, которые буквально сдирают электроны с атомов водорода и «отметают» эти электроны в нужную сторону. Затем эти электроны ускоряются положительно заряженной плазменной волной, подобно тому, как серферы движутся на гребне морской волны.

Это явление позволяет плазменным ускорителям достигать скоростей и энергий разогнанных электронов в тысячи раз больших, чем это могут сделать самые мощные из существующих линейных или синхротронных ускорителей. Однако, для того, чтобы сделать плазменные ускорители ближе к практическому применению, ученым еще предстоит решить ряд сложных технических проблем, таких как недавно решенная проблема с длительностью непрерывной работы.

Во время рекордного по длительности периода работы ускорителя LUX ученые разгоняли более чем 100 тысяч электронных «пакетов» по одному за каждую секунду времени. Благодаря возможности точной настройки лазера и параметров создаваемой плазменной волны, характеристики выходного электронного луча могут изменяться в широком диапазоне и поддерживаться с высокой точностью. «Теперь нам точно известно то, что мы должны сделать для получения более качественного луча электронов» — пишут исследователи, — «Вскоре мы создадим новую технологию активной стабилизации лучей, которая позволит вывести новый ускоритель на более высокий качественный уровень».

Отметим, что во время рекордного периода работы ускорителя LUX ученые занимались испытаниями работы вакуумной системы, лазеров очень сложной системы управления всем этим. «В принципе, система могла продолжать работать и дальше. Но мы приняли решение остановить ее после 30 часов, так как за это время мы выяснили все нас интересующее» — пишут исследователи, — «После этого мы повторяли подобные запуски еще три раза, каждый раз уточняя некоторые моменты».

«Наша работа демонстрирует, что лазерно-плазменные ускорители являются хорошо управляемыми устройствами, позволяющими получать высококачественные лучи высокоэнергетических частиц» — подводят итог исследователи, — «И мы надеемся, что новые технологии, реализованные нами в конструкции ускорителя LUX, станут основой для создания ускорителей следующих поколений здесь, в DESY, и в других уголках земного шара».

Установлен мировой рекорд по длительности непрерывной работы плазменного ускорителя частиц

Группа ученых и инженеров из германской исследовательской организации Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) достигла очень важного этапа на пути создания ускорителя частиц следующего поколения. Впервые созданный ими экспериментальный лазерно-плазменный ускоритель LUX beamline проработал непрерывно более суток, точнее, в течение 30 часов, генерируя лучи высокоэнергетических электронов. И теперь технология лазерно-плазменного ускорения, по мнению ученых, готова выйти из стен лабораторий в поле практического применения.

Ученые-физики надеются, что метод лазерно-плазменного ускорения станет основой нового поколения мощных и компактных ускорителей частиц. В этом методе луч лазерного света или пучок высокоэнергетических частиц создает плазменную волну во внутреннем объеме ускорителя, геометрия которого тщательно рассчитывается и приближается к идеальной. Плазма — это газ, в котором молекулы газа лишены части своих электронов, в ускорителе LUX в качестве этого газа используется чистый водород.

Импульсы лазерного света проходят сквозь газ в форме тонких энергетических дисков, которые буквально сдирают электроны с атомов водорода и «отметают» эти электроны в нужную сторону. Затем эти электроны ускоряются положительно заряженной плазменной волной, подобно тому, как серферы движутся на гребне морской волны.

Это явление позволяет плазменным ускорителям достигать скоростей и энергий разогнанных электронов в тысячи раз больших, чем это могут сделать самые мощные из существующих линейных или синхротронных ускорителей. Однако, для того, чтобы сделать плазменные ускорители ближе к практическому применению, ученым еще предстоит решить ряд сложных технических проблем, таких как недавно решенная проблема с длительностью непрерывной работы.

Во время рекордного по длительности периода работы ускорителя LUX ученые разгоняли более чем 100 тысяч электронных «пакетов» по одному за каждую секунду времени. Благодаря возможности точной настройки лазера и параметров создаваемой плазменной волны, характеристики выходного электронного луча могут изменяться в широком диапазоне и поддерживаться с высокой точностью. «Теперь нам точно известно то, что мы должны сделать для получения более качественного луча электронов» — пишут исследователи, — «Вскоре мы создадим новую технологию активной стабилизации лучей, которая позволит вывести новый ускоритель на более высокий качественный уровень».

Отметим, что во время рекордного периода работы ускорителя LUX ученые занимались испытаниями работы вакуумной системы, лазеров очень сложной системы управления всем этим. «В принципе, система могла продолжать работать и дальше. Но мы приняли решение остановить ее после 30 часов, так как за это время мы выяснили все нас интересующее» — пишут исследователи, — «После этого мы повторяли подобные запуски еще три раза, каждый раз уточняя некоторые моменты».

«Наша работа демонстрирует, что лазерно-плазменные ускорители являются хорошо управляемыми устройствами, позволяющими получать высококачественные лучи высокоэнергетических частиц» — подводят итог исследователи, — «И мы надеемся, что новые технологии, реализованные нами в конструкции ускорителя LUX, станут основой для создания ускорителей следующих поколений здесь, в DESY, и в других уголках земного шара».

Ученым впервые удалось добиться взаимодействия между двумя пространственно-временными кристаллами

Ученым впервые удалось добиться взаимодействия между двумя пространственно-временными кристаллами

Ученым, впервые в истории науки, удалось засвидетельствовать взаимодействие между двумя материальными образованиями, которые находятся в особом квантовом состоянии, известном под названием «пространственно-временные кристаллы». Результаты данного достижения могут стать основой новых технологий обработки квантовой информации из-за того, что структура пространственно-временных кристаллов остается стабильной и сохраняет свою последовательность, невзирая на изменяющиеся условия окружающей среды. И именно эта стабильность сможет обеспечить надежную работу процессоров мощных квантовых компьютеров, состоящих из сотен и тысяч квантовых битов, кубитов.

Напомним нашим читателям, что пространственно-временные кристаллы практически не имеют ничего общего с обычными кристаллами, которые состоят из соединенных друг с другом атомов, формирующих повторяющуюся в пространстве решетчатую структуру. Теоретическую возможность существования пространственно-временных кристаллов обосновал в 2012 году Нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек (Frank Wilczek), а уже в 2016 году ученым удалось создать и наблюдать поведение частиц первого реального пространственно-временного кристалла.

Частицы, из которых состоят пространственно-временные кристаллы, находятся в постоянном движении, они колеблются, вращаются и перемещаются в разных направлениях. Но, несмотря на такое сложное движение, через строго определенные промежутки времени структура всего кристалла возвращается к своей исходной форме, невзирая на любые внешние воздействия.

Международная группа ученых из университетов Ланкастера и Йельского университета, Великобритания, университета Аальто, Хельсинки, создала пространственно-временные кристаллы в среде гелия-3, редкого изотопа гелия, в ядре которого не хватает одного нейтрона. Сверхтекучий гелий-3 был охлажден до температуры в одну десятитысячную градуса выше точки абсолютного нуля (0.0001K или -273.15 градуса Цельсия). И в получившейся после такого охлаждения сверхтекучей жидкости (супержидкости) ученым удалось индуцировать два кристалла, которые слегка «затрагивали» друг друга.

Заглянув в объем супержидкости при помощи специализированного оборудования, ученые увидели, что два кристалла взаимодействуют друг с другом. Частицы одного кристалла, не нарушая его структуры, постоянно перетекают в другой пространственно-временной кристалл и через некоторое время возвращаются назад в процессе, известном под названием эффекта Джозефсона (Josephson effect).

И в заключение следует отметить, что у пространственно-временных кристаллов имеется очень большой потенциал для их практического применения. При их помощи могут быть созданы новые атомные часы, имеющие точность, близкую к максимально возможному теоретическому пределу, на основе таких кристаллов могут быть созданы высокоточные гироскопы и масса других вещей, где пространственно-временные кристаллы будут выступать высокостабильными источниками эталонных сигналов.

Ученым впервые удалось добиться взаимодействия между двумя пространственно-временными кристаллами

Ученым, впервые в истории науки, удалось засвидетельствовать взаимодействие между двумя материальными образованиями, которые находятся в особом квантовом состоянии, известном под названием «пространственно-временные кристаллы». Результаты данного достижения могут стать основой новых технологий обработки квантовой информации из-за того, что структура пространственно-временных кристаллов остается стабильной и сохраняет свою последовательность, невзирая на изменяющиеся условия окружающей среды. И именно эта стабильность сможет обеспечить надежную работу процессоров мощных квантовых компьютеров, состоящих из сотен и тысяч квантовых битов, кубитов.

Напомним нашим читателям, что пространственно-временные кристаллы практически не имеют ничего общего с обычными кристаллами, которые состоят из соединенных друг с другом атомов, формирующих повторяющуюся в пространстве решетчатую структуру. Теоретическую возможность существования пространственно-временных кристаллов обосновал в 2012 году Нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек (Frank Wilczek), а уже в 2016 году ученым удалось создать и наблюдать поведение частиц первого реального пространственно-временного кристалла.

Частицы, из которых состоят пространственно-временные кристаллы, находятся в постоянном движении, они колеблются, вращаются и перемещаются в разных направлениях. Но, несмотря на такое сложное движение, через строго определенные промежутки времени структура всего кристалла возвращается к своей исходной форме, невзирая на любые внешние воздействия.

Международная группа ученых из университетов Ланкастера и Йельского университета, Великобритания, университета Аальто, Хельсинки, создала пространственно-временные кристаллы в среде гелия-3, редкого изотопа гелия, в ядре которого не хватает одного нейтрона. Сверхтекучий гелий-3 был охлажден до температуры в одну десятитысячную градуса выше точки абсолютного нуля (0.0001K или -273.15 градуса Цельсия). И в получившейся после такого охлаждения сверхтекучей жидкости (супержидкости) ученым удалось индуцировать два кристалла, которые слегка «затрагивали» друг друга.

Заглянув в объем супержидкости при помощи специализированного оборудования, ученые увидели, что два кристалла взаимодействуют друг с другом. Частицы одного кристалла, не нарушая его структуры, постоянно перетекают в другой пространственно-временной кристалл и через некоторое время возвращаются назад в процессе, известном под названием эффекта Джозефсона (Josephson effect).

И в заключение следует отметить, что у пространственно-временных кристаллов имеется очень большой потенциал для их практического применения. При их помощи могут быть созданы новые атомные часы, имеющие точность, близкую к максимально возможному теоретическому пределу, на основе таких кристаллов могут быть созданы высокоточные гироскопы и масса других вещей, где пространственно-временные кристаллы будут выступать высокостабильными источниками эталонных сигналов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *