Una teoría de 50 años que comenzó como una especulación sobre cómo una civilización extraterrestre podría usar un agujero negro para generar energía ha sido verificada experimentalmente por primera vez en un laboratorio de investigación de Glasgow.

En 1969, El físico británico Roger Penrose sugirió que la energía podría generarse bajando un objeto a la ergosfera del agujero negro, la capa exterior del horizonte de eventos del agujero negro, donde un objeto tendría que moverse más rápido que la velocidad de la luz para permanecer quieto.

Penrose predijo que el objeto adquiriría una energía negativa en esta inusual área del espacio. Al dejar caer el objeto y dividirlo en dos para que una mitad caiga en el agujero negro mientras que la otra se recupera, la acción de retroceso mediría una pérdida de energía negativa, efectivamente, la mitad recuperada obtendría energía extraída de la rotación del agujero negro. La escala del desafío de ingeniería que requeriría el proceso es tan grande, sin embargo, que Penrose sugirió sólo un muy avanzado, tal vez extraterrestre, la civilización estaría a la altura de la tarea.

Dos años después, otro físico llamado Yakov Zel'dovich sugirió que la teoría podría ser probada con un enfoque más práctico, experimento terrestre. Propuso que las ondas de luz "retorcidas", golpear la superficie de un cilindro de metal giratorio que gira a la velocidad correcta, terminaría reflejándose con energía adicional extraída de la rotación del cilindro gracias a una peculiaridad del efecto doppler rotacional.

Pero la idea de Zel'dovich se ha mantenido únicamente en el ámbito de la teoría desde 1971 porque, para que el experimento funcione, el cilindro de metal propuesto tendría que girar al menos mil millones de veces por segundo, otro desafío insuperable para los límites actuales de la ingeniería humana.

Ahora, Investigadores de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Glasgow finalmente han encontrado una manera de demostrar experimentalmente el efecto que propusieron Penrose y Zel'dovich al retorcer el sonido en lugar de la luz, una fuente de frecuencia mucho más baja, y, por tanto, mucho más práctico de demostrar en el laboratorio.

En un nuevo artículo publicado hoy en Física de la naturaleza , el equipo describe cómo construyeron un sistema que utiliza un pequeño anillo de altavoces para crear un giro en las ondas sonoras análogo al giro en las ondas de luz propuesto por Zel'dovich.

Esas ondas de sonido retorcidas se dirigieron hacia un absorbente de sonido giratorio hecho de un disco de espuma. Un conjunto de micrófonos detrás del disco captaba el sonido de los altavoces a medida que pasaba por el disco, que aumentó constantemente la velocidad de su giro.

Lo que el equipo buscaba escuchar para saber que las teorías de Penrose y Zel'dovich eran correctas era un cambio distintivo en la frecuencia y amplitud de las ondas sonoras a medida que viajaban a través del disco. causado por esa peculiaridad del efecto Doppler.

Marion Cromb, un doctorado estudiante de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad, es el autor principal del artículo. Marion dijo:"La versión lineal del efecto Doppler es familiar para la mayoría de las personas, ya que el fenómeno que ocurre cuando el tono de la sirena de una ambulancia parece elevarse cuando se acerca al oyente, pero disminuye cuando se aleja. Parece elevarse porque el sonido las ondas llegan al oyente con mayor frecuencia a medida que se acerca la ambulancia, luego con menos frecuencia a medida que pasa.

"El efecto doppler rotacional es similar, pero el efecto se limita a un espacio circular. Las ondas de sonido retorcidas cambian su tono cuando se miden desde el punto de vista de la superficie giratoria. Si la superficie gira lo suficientemente rápido, la frecuencia del sonido puede hacer algo muy extraño:puede pasar de una frecuencia positiva a una negativa. y al hacerlo roba algo de energía de la rotación de la superficie ".

A medida que aumenta la velocidad del disco giratorio durante el experimento de los investigadores, el tono del sonido de los altavoces disminuye hasta que se vuelve demasiado bajo para escucharlo. Luego, el tono vuelve a subir hasta que alcanza su tono anterior, pero más fuerte, con una amplitud de hasta un 30% mayor que el sonido original procedente de los altavoces.

Marion agregó:"Lo que escuchamos durante nuestro experimento fue extraordinario. Lo que está sucediendo es que la frecuencia de las ondas sonoras está siendo desplazada por Doppler a cero a medida que aumenta la velocidad de giro. Cuando el sonido comienza de nuevo, es porque las ondas se han desplazado de una frecuencia positiva a una frecuencia negativa. Esas ondas de frecuencia negativa son capaces de tomar parte de la energía del disco de espuma giratorio, cada vez más fuerte en el proceso, tal como propuso Zel'dovich en 1971 ".

Profesor Daniele Faccio, también de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Glasgow, es coautor del artículo. El profesor Faccio agregó:"Estamos encantados de haber podido verificar experimentalmente una física extremadamente extraña medio siglo después de que se propuso la teoría por primera vez. Es extraño pensar que hemos podido confirmar una teoría de medio siglo de antigüedad. con orígenes cósmicos aquí en nuestro laboratorio en el oeste de Escocia, pero creemos que abrirá muchas nuevas vías de exploración científica. Estamos ansiosos por ver cómo podemos investigar el efecto en diferentes fuentes, como las ondas electromagnéticas, en un futuro próximo ".

El artículo del equipo de investigación, titulado "Amplificación de ondas de un cuerpo en rotación, "se publica en Física de la naturaleza .