Efectul Zel’dovich, confirmat după 50 de ani de la teoretizare

O idee veche de 50 de ani despre undele electromagnetice, cunoscută sub numele de efectul Zel’dovich, a fost testată de fizicieni în laborator și s-a dovedit a fi corectă.

Teoria cu privire la efectul Zel’dovich provine dintr-un context neobișnuit. În 1969, fizicianul și matematicianul britanic Roger Penrose a sugerat că energia ar putea fi extrasă dintr-o gaură neagră prin coborârea unui obiect în ergosferă (regiunea aflată chiar în afara orizontului evenimentului) și folosirea accelerației acestuia pentru a fura o parte din energia găurii negre.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

Această idee, cunoscută sub numele de procesul Penrose, presupune ca obiectul să dobândească energie negativă pentru a putea fi recuperat din gaura neagră; altfel, tot ce ai face ar fi să hrănești gaura neagră.

Ce este efectul Zel’dovich?

Deși nu avem găuri negre apropiate la îndemână pentru experimente, câțiva ani mai târziu, fizicianul belarus Yakov Zel’dovich a propus o modalitate mult mai practică de a testa conceptul de a extrage energie suplimentară dintr-un sistem rotativ.

Ideea are legătură cu efectul Doppler, care poate face ca lumina să pară deplasată spre roșu sau albastru, în funcție de modul în care obiectul emitent se mișcă în raport cu noi, precum și cu efectul Doppler rotativ, scrie IFL Science.

„Versiunea liniară a efectului Doppler este cunoscută de majoritatea oamenilor drept fenomenul prin care sunetul sirenei unei ambulanțe pare să devină mai ascuțit pe măsură ce aceasta se apropie de ascultător, dar devine mai grav când aceasta se îndepărtează”, a explicat dr. Marion Cromb, acum cercetător la Universitatea din Southampton (Regatul Unit), într-o declarație referitoare la un studiu anterior.

„Efectul Doppler rotativ este similar, dar efectul este limitat la un spațiu circular. Undele sonore răsucite își schimbă frecvența atunci când sunt măsurate din punctul de vedere al unei suprafețe rotative. Dacă suprafața se rotește suficient de rapid, atunci frecvența sunetului poate face ceva foarte ciudat: poate trece de la o frecvență pozitivă la una negativă și, astfel, poate fura energie din rotația suprafeței”, explică Cromb.

O serie de experimente

Pentru a testa această idee, echipa a reflectat anterior unde sonore de pe un disc în rotație și a ascultat o schimbare de frecvență care indică faptul că energia a fost preluată din rotația discului. Acum, echipa a realizat experimentul folosind unde electromagnetice.

„Efectul Zel’dovich funcționează pe principiul că undele cu moment cinetic, care de obicei ar fi absorbite de un obiect, de fapt devin amplificate de acel obiect dacă acesta se rotește cu o viteză unghiulară suficient de mare. În acest caz, obiectul este un cilindru de aluminiu care trebuie să se rotească mai repede decât frecvența radiației incidente”, a explicat Cromb într-o declarație despre noul studiu.

„Eu și colegii mei am testat cu succes această teorie folosind unde sonore acum câțiva ani, dar până la acest experiment recent nu fusese demonstrată cu unde electromagnetice. Folosind echipamente relativ simple, un circuit rezonant care interacționează cu un cilindru metalic rotativ, și prin crearea condițiilor specifice necesare, am reușit acum să realizăm acest lucru”, spune cercetătorul.

Pentru a efectua experimentul, echipa a trebuit să rotească cilindrul de aluminiu atât de rapid încât, din perspectiva acestuia, să perceapă o undă răsucită deplasată în rotație unghiulară, cu o „frecvență negativă”.

„Condiția pentru amplificare este dată din perspectiva rotativă a obiectului. Câmpurile electromagnetice răsucite care îl lovesc au fost deplasate Doppler rotativ atât de mult încât au trecut prin zero și au ajuns la o frecvență unghiulară ‘negativă’. Frecvența negativă înseamnă absorbție negativă, iar acest lucru se traduce în amplificare”, a explicat Cromb.

Va fi confirmat efectul Zel’dovich și la nivel cuantic?

Echipa speră să investigheze acest fenomen la nivel cuantic.

„Aceste descoperiri deschid calea către fuzionarea ideilor din două domenii anterior separate. O perspectivă promițătoare este realizarea amplificării electromagnetice Zel’dovich dintr-un corp rotativ în regimul cuantic, adică generarea de fotoni din vidul cuantic stimulată de rotația mecanică”, conchide echipa în lucrare.

Studiul a fost publicat în jurnalul Nature Communications.

Vă recomandăm să citiți și:

Forța misterioasă care ar putea rezolva cele mai mari enigme ale cosmologiei

Bule uriașe par să provină de la gaura neagră supermasivă a galaxiei noastre

A fost creată Inteligența Artificială care poate detecta materia întunecată

O bucată de metal fisurată s-a vindecat singură într-un experiment care i-a uimit pe oamenii de știință