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我们知道黑洞是强大的奇点,在时空中这些区域的引力是如此强大,以至于任何东西甚至光本身都无法逃脱。
大约50年前,英国物理学家罗杰·彭罗斯提出,黑洞可能是一种能源。现在苏格兰格拉斯哥大学的研究人员通过模拟实验证明了这一点。对空间和科学感兴趣的人都知道,黑洞的正中心有一个奇点,还有一个事件视界,在这个边界上一旦黑洞经过,任何东西都不能返回。但黑洞的复杂结构中还有其他因素。例如黑洞周围的封闭区就是层,这项新的研究围绕着黑洞的层展开的。
层是视界的外部区域。年,彭罗斯提出了一个理论,如果你把一个物体放入层,它就会产生能量。在层里由于帧拖拽物体是不可能静止的。广义相对论预测,旋转的质量,比如黑洞,会拖拽邻近的时空。所以任何放入层的物体都会开始运动,没有办法阻止它。层是视界之外的一个区域,在那里物体不能保持静止。如果一个物体落入层中,它将获得负能量。如果一个物体掉进去,然后一分为二,一半会被黑洞吞噬,另一半不会。如果一半从层中退出,反冲作用意味着退出的一半将失去负能量。因为负负得正,这个物体会从黑洞的旋转中获得一些能量。
显然,这不是人类文明在短期内将要尝试的事情。只有高度发达的文明才能接近这样的东西。科学家提出可以通过向旋转的金属圆柱体表面发射扭曲的光波来测试这个想法。如果以正确的速度发送,这些波会在圆柱体的旋转中获得额外的能量后反弹到圆柱体上。这都是由于多普勒效应的一个奇怪特性。
当人们谈到多普勒效应时,他们通常指的是线性多普勒效应。常用的例子是救护车的警报器。当救护车靠近听众时,声波在救护车前被压缩到更高频率,听众听到的是音调的增加。相反,当救护车经过听众时,声波不再被救护车的前进运动所压缩,听众听到的频率降低了,就成了较低的音调。但这个想法涉及到转动多普勒效应。
旋转多普勒效应是类似的,但这种效应仅限于圆形空间。当从旋转表面的角度测量时,扭曲的声波会改变它们的音调。如果表面旋转的足够快,那么声音频率就会发生一些非常奇怪的事情它会从正频率变成负频率,这样做会从表面的旋转中偷取一些能量。研究中的这个数字说明了扬声器发出的声音在进入旋转盘之前是如何被扭曲的,麦克风的标签是“M”。四幅插图显示了实验中使用的不同配置:左侧插图,带麦克风和吸收体的支撑盘是同向旋转的;左中嵌入,吸收体是分离的,保持静态,而麦克风旋转;右中插入,吸收器被放置在两个麦克风中的一个的前面;右插入,吸收器被完全移除,麦克风旋转。
无论如何,泽尔多维奇的想法从未得到验证。问题在于,这个圆柱体必须以每秒数十亿次的难以达到的速度旋转,因为光本身的传播速度非常快。这是我们的技术远远达不到的。尽管旋转吸收器导致的波放大很难用光学或电磁波来验证,但使用声波可以直接测量,因为声波的传播速度比光慢得多。
该装置一开始就有一圈扬声器来产生扭曲的声波。这些波指向一个旋转的泡沫圆盘,泡沫圆盘吸收了声音。在泡沫盘的后面是一个麦克风来测量声音。实验开始时,泡沫盘的转速上升。研究小组正在寻找声波通过泡沫盘时声音频率和振幅的明显变化。一开始,随着旋转圆盘的速度增加,声音的音调变得很低,人耳听不到。然后,音高或频率再次升高。它再次达到了原来的音高,但这次的振幅或响度比原来提高了30%。声波从旋转的圆盘中获得了能量。所发生的情况是,随着自旋速度的增加,声波的频率被多普勒移到了零。当声音重新开始时,是因为声波从正频率转移到了负频率。这些负频率波能够从旋转的泡沫盘中吸收一些能量,在这个过程中声音会变得更大。
它只是向我们展示了一些想法在某一时刻似乎是古怪的和不可测试的。但随着时间的推移,它们可以得到检验。例如,就像相对论,以及光因引力透镜而弯曲。