Czarne dziury to jednocześnie obiekty budzące ciekawość, jak i... przerażenie. Ale co by się stało, gdybyśmy potrafili zamienić je w bombę? Zespół fizyków z University of Southampton pod kierownictwem Hendrika Ulbrichta zajął się badaniem tego konceptu w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych.
Eksperymenty zrealizowane przy użyciu li tylko wirującego metalowego cylindra, już teraz sporo mówią nam o możliwości wykorzystania energii czarnych dziur. Badanie zdecydowanie stanowi ważny przełom: pozwala bowiem na eksperymentalne testowanie teorii, które do tej pory funkcjonowały jedynie na papierze.
Historia badań nad czarnymi dziurami sięga lat 60. XX wieku. Wtedy to Roger Penrose, brytyjski fizyk, otrzymał Nagrodę Nobla za swoje ważne prace nad matematyką czarnych dziur. Penrose dostrzegł, że w obszarze otaczającym wirującą czarną dziurę — zwanym ergosferą — obiekty mogą zyskać "ujemną energię". I właśnie tam prawa fizyki ulegają dramatycznej wręcz, niemal niewiarygodnej dla nas transformacji. Penrose zasugerował, że w tym obszarze można wydobyć energię z czarnej dziury, jeśli cząstka rozpadnie się na dwie części – jedna spada do wnętrza czarnej dziury, a druga ucieka z większą energią, niż pierwotnie posiadała. Owe teorie stały się fundamentem badań nad tzw. bombą z czarnej dziury – hipotetycznym mechanizmem, który wykorzystuje energię rotacyjną czarnej dziury do wzmocnienia promieniowania elektromagnetycznego.
W 1971 roku Jakow Zeldowicz, jeden z najważniejszych fizyków radzieckich, rozwinął tę ideę, dowodząc, że nie tylko czarne dziury, ale także inne obracające się obiekty mogą być źródłem superradiancji. Owo zjawisko pozwala na wzmacnianie fal elektromagnetycznych kosztem energii wynikającej z obrotu obiektu. Zeldowicz udowodnił, że superradiacja może wystąpić nawet w próżni, gdzie kwantowe fluktuacje mogą być wzmocnione przez wirujący cylinder lub czarną dziurę. Ulbricht, idąc tym tropem, postanowił przeprowadzić eksperyment, który miał udowodnić, że superradiancja może wystąpić nie tylko w skali kosmosu, ale także w laboratorium. Wirujący metalowy cylinder stał się swego rodzaju analogiem czarnej dziury, a zestaw kondensatorów i cewek pełnił rolę luster, które odbijały generowane fale elektromagnetyczne.
Eksperyment Ulbrichta miał pokazać, że superradiancja to nie tylko sucha teoria, lecz coś, co można wykorzystać realnie. Tu badacze napotkali na liczne trudności – systemy elektryczne przegrzewały się, cylindry pękały, a promieniowanie elektromagnetyczne było zbyt słabe, by mogło stanowić jakiekolwiek zagrożenie. Po wielu próbach udało się osiągnąć pożądany efekt — wzmocnienie sygnałów elektromagnetycznych, które zgodnie z teorią Zeldowicza mogłyby prowadzić do kontrolowanej eksplozji. To być może całkiem prosta droga do stworzenia nowych źródeł energii, wykorzystujących superradiancję jako "napęd".
Zespół Ulbrichta dowiódł, że nawet niewielka ilość energii wynikającej z obrotu może zostać zamieniona na promieniowanie elektromagnetyczne, choć w skali laboratoryjnej mówimy jedynie o milidżulach energii – tyle, ile potrzeba do choćby naciśnięcia klawisza na klawiaturze. Aczkolwiek, badanie wręcz przeraża swoimi efektami: pokazuje nam bowiem, że nawet zasadniczo proste systemy mogą posłużyć do badania skomplikowanych teorii fizycznych. Dalsze badania nad superradiancją mogą przyczynić się do stworzenia nowego typu detektorów ciemnej materii, zdolnych do wychwytywania sygnałów z odległych czarnych dziur. Takie technologie mogłyby również znaleźć zastosowanie w misjach kosmicznych, gdzie nawet minimalna ilość dodatkowej energii mogłaby znacząco wpłynąć na możliwości operacyjne sond oraz satelitów.
Czytaj również: Webb odkrył coś, czego nikt się nie spodziewał. Czarna dziura w sercu M83?
A zatem, czy należy bać się stworzenia "bomby z czarnej dziury"? Obecnie – zdecydowanie nie. Nasze możliwości technologiczne nie pozwalają (na razie) stworzyć niczego, co zagrażałoby komukolwiek i czemukolwiek. Niemniej, kontrolowania superradiancji w warunkach laboratoryjnych to szansa dla fizyki kwantowej i badań nad energią próżni.
Zespół odpowiedzialny za przełomowy eksperyment planuje teraz przeprowadzić bardziej zaawansowane eksperymenty, które pozwolą na jeszcze dokładniejsze zbadanie procesu wzmacniania promieniowania z próżni. Jeśli jego plany się powiodą, za kilka dekad możemy w końcu "ogarnąć", jak przekształcić ową wiedzę w nowe, potencjalnie niewyczerpane źródło energii. Efektem ubocznym tych osiągnięć może być — niestety — stworzenie nowego rodzaju naprawdę potężnej broni. Broni, która będzie potencjalnie bardziej niebezpieczna, niż cokolwiek innego w naszym świecie.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
