نجح علماء الفيزياء لأول مرة في إعادة إنتاج عملية استخلاص الطاقة من الثقب الأسود في المختبر

تنبأ السير روجر بنروز، عالم الفيزياء والرياضيات البريطاني، أنه في ظل ظروف معينة، يمكن استخراج الطاقة من الثقوب السوداء. يجب أن يدور الثقب الأسود، ومن ثم يمكن لأي جسم يقع في مجال تأثيره أن ينقسم في لحظة معينة إلى صابورة وجسم متبقي. سوف تسقط الصابورة في الثقب الأسود، وسيتلقى الجسم المتبقي، من خلال آلية معقدة، الطاقة من دوران الثقب الأسود. تعتمد عملية بنروز على ما يحدث في الإرغوسفير. هذه هي المنطقة التي يؤدي فيها دوران الثقب الأسود إلى سحب الزمكان معه. وفيه ينقسم الكائن إلى قسمين. يتلقى الجسم المتبقي طاقة تتناسب مع طاقة الصابورة. إذا قمت بغمر جسم “معلق” في طبقة الإرغوسفير، فمن الناحية النظرية يمكنك استخراج الطاقة من الثقوب السوداء الدوارة. قام العالم السوفييتي ياكوف زيلدوفيتش لاحقًا بتطوير هذا المفهوم وأظهر أن الموجات يمكن أن تتلقى أيضًا الطاقة من الأجسام الدوارة ويتم تضخيمها.

الآن أفاد الفيزيائيون أنهم تمكنوا من إعادة إنتاج هذه العملية في المختبر. لقد قاموا بتضخيم الموجات الكهرومغناطيسية باستخدام جهاز يحاكي الدوران المكثف دون الحاجة إلى الدوران فعليًا. ونشرت مقالة عن هذا في مجلة الطبيعة. قام الباحثون ببناء جهاز ترددات راديوية تتغير خصائصه بسرعة في المكان والزمان. هذه عبارة عن حلقة من الرنانات الإلكترونية التي تتغير خصائصها بسرعة في تسلسل متزامن تمت معايرته بعناية. على الرغم من بقاء الأجهزة في مكانها، إلا أن التغييرات في معلمات النظام خلقت نمطًا متحركًا في الحلقة. ونتيجة لذلك، تصرفت الموجات الكهرومغناطيسية كما لو كان النظام يدور فعليًا. وقال هادي موسى، المؤلف المشارك في الدراسة: “استخرجت الموجات الطاقة من النظام وتضخمت، مما أدى إلى إعادة إنتاج العمليات الفيزيائية الأساسية لبنروز-زيلدوفيتش. ويعتمد نهجنا على استخدام مواد خارقة مصممة خصيصًا للتحكم في انتشار الموجات”.

إن استبدال الحركة الجسدية بالدوران “الاصطناعي” ساعد الباحثين على التغلب على العقبات القائمة منذ عقود في هذا المجال. يتيح لنا الدوران الاصطناعي محاكاة تفاعل الموجات مع جسم يتحرك بسرعة أكبر من سرعة الضوء، وهو أمر يستحيل دراسته بطريقة أخرى. وقالت المؤلفة الأولى للعمل العلمي، حديثة نصاري: “نقلت هذه التجربة الناجحة البحث إلى ديناميكيات الدوران القصوى من النظري إلى العملي، وأنشأت منصة تجريبية مرنة لدراسة مجموعة واسعة من الظواهر عند تقاطع الفيزياء الفلكية والفيزياء الموجية والكمية. وسيؤثر هذا على العلوم الأساسية والضوئيات والبصريات وأنظمة الاتصالات”.