«Апостериори»: Физики впервые экспериментально проверили механизм получения энергии из вращения чёрных дыр

Новости науки и технологий

Поддержите «Эхо», если вы не в России

Более 50 лет назад физики предположили, что вращение чёрной дыры можно использовать как источник энергии. Теперь исследователи впервые создали лабораторную систему, в которой электромагнитные волны получают энергию от искусственно созданного вращения. Результат позволяет изучать один из самых необычных эффектов, предсказанных для вращающихся чёрных дыр.

Вращающиеся чёрные дыры, в отличие от невращающихся, обладают областью вокруг горизонта событий, называемой эргосферой. В этой области вращение чёрной дыры заставляет пространство-время как бы «закручиваться» вместе с ней.

В 1969 году физик Роджер Пенроуз показал, что такое вращение теоретически можно использовать для получения энергии. Если частица попадает в эргосферу и затем распадается на две части, одна из них может упасть в чёрную дыру, а другая – покинуть эргосферу с большей энергией, чем была у исходной частицы. При этом разница в энергии берётся как раз из вращения чёрной дыры.

Позже физик Яков Зельдович предположил, что похожий механизм может работать и для волн. Если волна взаимодействует с достаточно быстро вращающимся объектом, она может забрать часть энергии его вращения и выйти с большей энергией. Этот процесс получил название вращательного сверхизлучения.

В исследовании, опубликованном 8 июля 2026 года в журнале Nature, учёные впервые экспериментально продемонстрировали такой эффект для электромагнитных волн. Вместо реального вращающегося объекта они использовали специальный метаматериал – искусственно созданную структуру, свойства которой быстро изменяются во времени и пространстве. Это создаёт эффект так называемого синтетического вращения: устройство остаётся неподвижным, но для распространяющихся в нём волн оно ведёт себя так, будто вращается с экстремально высокой скоростью.

Исследователи направляли радиоволны на такую систему и обнаружили, что волны с определёнными характеристиками после взаимодействия с устройством выходили с большей энергией, чем имели изначально. При этом энергия не появлялась из ничего – она передавалась от искусственно созданного вращательного состояния системы к электромагнитной волне.

Экспериментальная демонстрация сверхизлучения может иметь значение не только для фундаментальной физики. Системы с синтетическим вращением могут использоваться для управления электромагнитными волнами, развития фотонных технологий, связи и квантовых устройств. Кроме того, подобные эксперименты позволяют проверять идеи, связанные с экстремальными космическими объектами, в условиях обычной лаборатории.