როგორ შეიძლება არამიწიერმა ცივილიზაციამ შავი ხვრელისგან ენერგია მოიპოვოს — 50 წლის წინანდელი თეორია ექსპერიმენტით დამტკიცდა
როგორ შეიძლება არამიწიერმა ცივილიზაციამ შავი ხვრელისგან ენერგია მოიპოვოს — 50 წლის წინანდელი თეორია ექსპერიმენტით დამტკიცდა

50 წლის გაჩნდა თეორია, რომლის მიხედვითაც, არამიწიერ ცივილიზაციას შავი ხვრელისგან ენერგიის მიღება უნდა შეეძლოს. ახლახან, ეს თეორია გლაზგოს ერთ-ერთ ლაბორატორიაში ექსპერიმენტულად დადასტურდა.

საჭირო კომპონენტების ანალოგებით, ფიზიკოსებმა აჩვენეს, რომ ეს პროცესი მართლაც შესაძლებელი მექანიზმია ბრუნვითი ენერგიის გარკვეული ნაწილის შესაგროვებლად, რა თქმა უნდა, თუ ასეთ საშუალებას ოდესმე შევქმნით.

ეს ნაკლებად სავარაუდოა, მაგრამ კვლევა აჩვენებს, რომ შესაძლებელია, გამორჩეული თეორიული იდეების ბრწყინვალედ გამოყენება სამყაროს ერთ-ერთი ყველაზე ექსტრემალური ობიექტების ფიზიკური მახასიათებლების შესასწავლად.

შავი ხვრელი ძალიან მასიური, სუპერნოვად აფეთქებული ვარსკვლავის სასიცოცხლო ციკლის ბოლო ეტაპია, რომლის ბირთვსაც საკუთარი გრავიტაციის ატანა აღარ შეუძლია ტოტალურად კოლაფსირდება სინგულარობაში — უსასრულო სიმკვრივის ერთ, ერთგანზომილებიან წერტილში.

სინგულარობა მოთავსებულია მოვლენათა ჰორიზონტის სახელით ცნობილ რეგიონს შიგნით; მოვლენათა ჰორიზონტი არის ზღვარი შავი ხვრელის გარშემო, რომელთანაც გრავიტაცია იმდენად ძლიერია, რომ მისგან გაქცევისთვის საკმარისი სიჩქარე სინათლესაც არ გააჩნია. მოვლენათა ჰორიზონტს გარეთ, სივრცე დროის ვრცელი რეგიონი შავი ხვრელის ბრუნვის გამო იგრიხება, რასაც ლენზე-ტირინგის ეფექტს უწოდებენ.

1969 წელს, ბრიტანელმა ფიზიკოსმა როჯერ პენროუზმა წამოაყენა მოსაზრება, რომ შავი ხვრელის მოვლენათა ჰორიზონტის გარე, მისი უშუალოდ მიმდებარე რეგიონი, რომელსაც ერგოსფეროს უწოდებენ და სადაც ლენზე-ტირინგის ეფექტი ყველაზე ძლიერია, შეიძლება გამოვიყენოთ ენერგიის მისაღებად.

პენროუზის გათვლების მიხედვით, თუ ობიექტს ერგოსფეროში ჩავაგდებთ, სადაც ის ორად გაიყოფა, ერთი ნაწილი მოვლენათა ჰორიზონტს მიღმა გაუჩინარდება.

რაც შეეხება მეორე ნაწილს, შავი ხვრელის დამატებითი ბიძგით ის გარე მიმართულებით უნდა აჩქარდეს. თუ ყველაფერი ასე წარიმართა, ერგოსფეროდან ის იმაზე 21 პროცენტით მეტი ენერგიით უნდა გამოვიდეს, ვიდრე შესვლისას ჰქონდა.

ამის შესამოწმებლად შავ ხვრელთან გადაფრენა რა თქმა უნდა, არ შეგვიძლია. თუმცა, 1971 წელს, საბჭოთა ფიზიკოსმა იაკოვ ზელდოვიჩმა გაცილებით პრაქტიკული ექსპერიმენტი წარმოადგინა. შავი ხვრელის ჩანაცვლება შესაძლებელია მეტალის მბრუნავი ცილინდრით მის გარშემო სინათლის ნაკადებით. თუ ცილინდრი შესაბამისი სიჩქარით იბრუნებს, სინათლე უკან უნდა აირეკლოს ცილინდრის ბრუნვისგან მიღებული დამატებითი ენერგიით, რასაც მბრუნავ დოპლერის ეფექტს უწოდებენ.

ამ ეფექტის ხილვა შესაძლებელია მაშინ, როდესაც მბრუნავი წყარო ტალღებს გამოყოფს, რომელთა სიგრძეც დამოკიდებულია ბრუნვის მიმართულებაზე. ტალღები, რომლებიც თქვენი მიმართულებით ბრუნვისას გამოიყოფა მოკლე გამოჩნდება, თქვენგან საწინააღმდეგო მიმართულებით გამოყოფილი კი დაგრძელებული. სწორედ ასე ზომავენ ასტრონომები ვარსკვლავებისა და გალაქტიკების ბრუნვას.

ზელდოვიჩის იდეას ჰქონდა ერთი პრობლემა. მბრუნავი ცილინდრის სიჩქარე წამში სულ მცირე ერთი მილიარდი უნდა ყოფილიყო, რის გამოც ასეთი ექსპერიმენტი საკმაოდ არაპრაქტიკულია.

ყველაფერი ასე რჩებოდა იქამდე, ვიდრე საქმეში გლაზგოს უნივერსიტეტის ფიზიკისა და ასტრონომიის სკოლის ფიზიკოსთა ჯგუფი ჩაერთვებოდა. ზელდოვიჩის კვლევაზე დაყრდნობით, მათ მოიგონეს ექსპერიმენტი, რომელშიც სინათლის ტალღების ნაცვლად, ხმის ტალღები გამოიყენეს.

ექსპერიმენტი შედგება დინამიკების სარტყლისგან, რომლებიც ისეა განლაგებული, რომ ხმის ტალღებს გრეხს და იმეორებს ზელდოვიჩის ექსპერიმენტის გრეხილ სინათლეს. „შავ ხვრელს“ კი წარმოადგენს ქაფის დისკოსგან დამზადებული ხმის მბრუნავი მშთანმთქმელი, რომლის ბრუნვამაც მასზე დაცემული ხმის ტალღები უნდა ააჩქაროს. დისკოს მეორე მხარეს მოთავსებული მიკროფონები დისკოში გავლის შემდეგ ბგერებს აფიქსირებს.

პენროუზის პროცესის მთავარი დამამტკიცებელი უნდა ყოფილიყო ცვლილება დისკოში გავლილი ხმის ტალღების სიმაღლესა (ტონი) და ამპლიტუდაში.

„მბრუნავი ზედაპირის ხედვის წერტილიდან გაზომვისას, დაგრეხილმა ხმის ტალღებმა სიმაღლე შეიცვალეს“, — ამბობს კვლევის ავტორი, გლაზგოს უნივერსიტეტის ფიზიკოსი და ასტრონომი მარიონ კრომბი.

მისივე განცხადებით, თუ ზედაპირი საკმარისად სწრაფად ბრუნავს, ბგერის სიხშირე რაღაც რაღაც ძალიან უცნაურს აკეთებს — შეუძლია, დადებითი სიხშირიდან გადავიდეს უარყოფითში და ამ დროს, მბრუნავი ზედაპირიდან ენერგიის ნაწილს იპარავს.

შედეგები საოცარი აღმოჩნდა. დისკოს აჩქარებისას, მიკროფონებზე დაცემული ბგერების სიმაღლე იქამდე მცირდებოდა, ვიდრე საბოლოოდ აღუქმელი გახდებოდა. ამის შემდეგ, ხმის ტალღები კვლავ თავდაპირველ სიმაღლეს უბრუნდება, მაგრამ 30 პროცენტით ხმამაღალი, ვიდრე დინამიკებიდან მომდინარე ხმა. ბგერები დამატებით ენერგიას მბრუნავი დისკოსგან იღებდა.

კრომბის განცხადებით, ექსპერიმენტის შედეგები განსაკუთრებულია.

„ხდება ის, რომ ბრუნვის სიჩქარის ზრდასთან ერთად, ბგერების სიხშირე განიცდის დოპლერის წანაცვლებას ნულამდე. როდესაც ბგერა ხელახლა იწყება, ეს იმიტომ ხდება, რომ ტალღები დადებითი სიხშირიდან უარყოფითშია გადასული. ამ უარყოფითი სიხშირის ტალღებს შეუძლია გარკვეული ენერგია აიღოს მბრუნავი დისკოსგან და ამ პროცესში უფრო ხმამაღალი გახდეს, ზუსტად ისე, როგორც ეს ზელდოვიჩმა შემოგვთავაზა 1971 წელს“, — ამბობს კრომბი.

ამ ეტაპზე, ჯგუფი გეგმავს გაარკვიოს, როგორ ჩაატაროს იგივე კვლევა ელექტრომაგნიტური ტალღების — სინათლის გამოყენებით. თუმცა, ეს კვლევა უკვე არის წინ გადადგმული საკმაოდ შთამბეჭდავი ნაბიჯი შავი ხვრელების კვლევაში. აჩვენებს, როგორ შეიძლება მათი ექსტრემალური თვისებების შესწავლა ლაბორატორიაში, თუკი შესაბამისი ხელსაწყოები გაქვს.

ასეთი კვლევები შეიძლება დაგვეხმაროს ახალი ტექნოლოგიების შექმნაშიც, თუ მოვიფიქრებთ, რაში შეგვიძლია გამოვიყენოთ ეს მომაჯადოებელი ფენომენი.

„აღფრთოვანებული ვართ, რომ თეორიის წარმოშობიდან ნახევარი საუკუნის შემდეგ ექსპერიმენტულად დავამტკიცეთ წარმოუდგენლად უცნაური ფიზიკური პროცესი. ასევე უცნაურია, როდესაც აანალიზებ, რომ ნახევარი საუკუნის კოსმოსური თეორია აქ, ლაბორატორიაში დავამტკიცეთ“, — ამბობს გლაზგოს უნივერსიტეტის ფიზიკოსი დანიელ ფაჩიო.

კვლევა ჟურნალ Nature Physics-ში გამოქვეყნდა.

მომზადებულია gla.ac.uk-ისა და ScienceAlert-ის მიხედვით.

დატოვე კომენტარი