Immagine: (Immagine: © NASA / ESA / Gaia / DPAC).
Il metodo potrebbe essere utilizzato da sofisticate civiltà (alieni o futuri umani) per raccogliere energia creando “bombe a buco nero”. Parte della fisica richiesta per farlo, tuttavia, non era mai stata verificata sperimentalmente – fino ad ora. Lo studio che conferma la fisica di base è appena stato pubblicato su Nature Physics.
Intorno al suo orizzonte degli eventi (il confine attorno a un buco nero oltre il quale nulla, nemmeno la luce, può sfuggire), un buco nero rotante crea una regione chiamata “ergosfera“. Se un oggetto cade nell’ergosfera in modo tale da spezzarsi – con una parte che cade nel buco nero e l’altra che fuoriesce – la parte che fugge guadagna effettivamente energia a spese del buco nero. Quindi, inviando oggetti o luce verso un buco nero rotante, potremmo recuperare energia.
Ma questa teoria regge? Nel 1971, il fisico russo Yakov Zel’dovich lo tradusse in altri sistemi rotanti che potevano essere testati sulla Terra. Il buco nero è diventato un cilindro rotante realizzato con un materiale in grado di assorbire energia.
Zel’dovich immaginava che le onde luminose potessero estrarre energia dal cilindro e amplificarsi. Affinché l’effetto di amplificazione funzioni, tuttavia, queste onde devono avere qualcosa chiamata “momento angolare”, che le trasforma in spirali.
Quando le onde luminose contorte colpiscono un tale cilindro, la loro frequenza dovrebbe cambiare a causa dello “spostamento Doppler“. Molto probabilmente lo hai sperimentato ascoltando una sirena di ambulanza. Quando si muove verso di te ha un tono più alto rispetto a quando si allontana da te – la direzione del viaggio cambia il tono del suono. Allo stesso modo, i cambiamenti nella velocità di rotazione alterano la frequenza percepita di un’onda luminosa.
Se il cilindro ruota abbastanza velocemente, la frequenza d’onda alterata dovrebbe scendere così in basso da diventare negativa (il che significa semplicemente che l’onda gira nella direzione opposta).
Le onde di frequenza positive dovrebbero essere parzialmente assorbite dal cilindro, perdendo energia. Ma le onde di frequenza negative trasformerebbero questa perdita in guadagno e invece verrebbero amplificate dal cilindro. Estrarrebbero energia dalla rotazione, proprio come l’oggetto che fuoriesce dal buco nero di Penrose.
Testare la teoria di Zeldovich può sembrare semplice. Ma l’oggetto rotante deve ruotare alla stessa o più alta frequenza delle onde. Per amplificare le onde luminose visibili, che oscillano a una frequenza di centinaia di migliaia di miliardi di volte al secondo, dovresti ruotare un oggetto assorbente miliardi di volte più velocemente di qualsiasi cosa sia meccanicamente possibile oggi.
Finalmente la svolta
“La luce viaggia a circa 300 milioni di metri al secondo. Quindi, per rendere più semplice il test della teoria, abbiamo optato per l’uso di onde sonore, che viaggiano all’incirca un milione di volte più lentamente, il che significa che non abbiamo avuto bisogno dell’assorbitore per ruotare così rapidamente”. spiegano i ricdercatori. “Per creare un’onda sonora contorta, abbiamo usato un anello di altoparlanti che emettevano tutti la stessa frequenza ma iniziando in momenti leggermente diversi, quindi il suono segue una spirale. Per il nostro assorbitore rotante abbiamo usato un pezzo di schiuma fonoassorbente fissata a un motore. I microfoni posti all’interno della schiuma ci hanno permesso di registrare il suono dopo aver interagito con l’assorbitore rotante. Abbiamo scoperto che quando la schiuma si espandeva lentamente (a bassa frequenza), il suono che registravamo era più silenzioso perché era stato assorbito dalla schiuma. Ma quando abbiamo fatto ruotare la schiuma abbastanza velocemente da consentire a Doppler di spostare la frequenza delle onde sonore abbastanza da renderle negative, il suono è diventato più forte. Questo può solo significare che l’onda sonora aveva preso energia dal nostro assorbitore rotante, dimostrando finalmente la teoria di 50 anni fa.
Bomba buco nero
Tutto questo ovviamente non verifica esplicitamente che l’idea di Penrose per l’estrazione di energia funzionerà effettivamente per un buco nero. “Piuttosto, i nostri esperimenti verificano la fisica sottostante controintuitiva, dimostrando che spostando le frequenze delle onde da risultati positivi a negativi, le onde guadagnano invece di perdere energia. Anche se non siamo vicini all’estrazione di energia da un buco nero rotante, ciò non significa che non possa essere fatto da una civiltà aliena molto avanzata, o addirittura dalla nostra stessa civiltà in un lontano futuro. Una tale civiltà potrebbe costruire una struttura attorno al buco nero che ruota con esso e quindi rilasciare asteroidi o persino onde elettromagnetiche in ciò che si rifletterebbe con più energia. Ancora meglio, potrebbero costruire una cosiddetta bomba del buco nero circondando completamente il buco nero con un guscio di specchio riflettente. La luce che brilla nel buco nero potrebbe ritornare amplificata, e quindi riflessa dallo specchio nel buco nero per essere nuovamente amplificata, e così via.
L’energia aumenterebbe esponenzialmente in un’esplosione in fuga avanti e indietro. Ma lasciando uscire una parte di questa luce amplificata dal guscio attraverso un foro, è possibile controllare il processo e produrre energia essenzialmente illimitata”.
Sebbene questa sia ancora fantascienza, in un futuro molto lontano in cui l’universo è quasi morto e gli unici resti di galassie e stelle sono buchi neri, questo metodo sarebbe l’unica speranza per la sopravvivenza di qualsiasi civiltà. Questo sarebbe un universo con immense e isolate fonti di energia, che brilla in un cielo altrimenti completamente nero.
Fonte: Livescience
