Una teoría de 50 años, que comenzó como especulación sobre cómo una civilización alienígena podría usar un agujero negro para generar energía, ha sido verificada en la Universidad de Glasgow.
En 1969, el físico británico Roger Penrose sugirió que la energía podría generarse al bajar un objeto a la ergosfera del agujero negro, la capa externa del horizonte de sucesos del agujero negro, donde un objeto tendría que moverse más rápido que la velocidad de la luz para permanecer quieto.
Penrose predijo que el objeto adquiriría una energía negativa en esta área inusual del espacio. Al soltar el objeto y dividirlo en dos para que una mitad caiga en el agujero negro mientras la otra se recupera, la acción de retroceso mediría una pérdida de energía negativa; efectivamente, la mitad recuperada ganaría energía extraída de la rotación del agujero negro. Sin embargo, la escala del desafío de ingeniería que requeriría el proceso es tan grande que Penrose sugirió que solo una civilización muy avanzada, tal vez extraña, sería capaz de la tarea.
Dos años más tarde, otro físico llamado Yakov Zel’dovich sugirió que la teoría podría probarse con un experimento más práctico y terrestre. Propuso que las ondas de luz “retorcidas”, que golpean la superficie de un cilindro metálico giratorio que gira a la velocidad correcta, terminarían reflejándose con energía adicional extraída de la rotación del cilindro gracias a una peculiaridad del efecto doppler rotacional.
Pero la idea de Zel’dovich se ha mantenido únicamente en el ámbito de la teoría desde 1971 porque, para que el experimento funcione, su cilindro de metal propuesto necesitaría rotar al menos mil millones de veces por segundo, otro desafío insuperable para los límites actuales de la ingeniería humana.
Ahora, los investigadores de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Glasgow finalmente han encontrado una manera de demostrar experimentalmente el efecto que propusieron Penrose y Zel’dovich al retorcer el sonido en lugar de la luz, una fuente de frecuencia mucho más baja y, por lo tanto, mucho más práctica para demostrar en el laboratorio.
En un nuevo artículo publicado en Nature Physics, el equipo describe cómo construyeron un sistema que utiliza un pequeño anillo de altavoces para crear un giro en las ondas de sonido análogo al giro en las ondas de luz propuesto por Zel’dovich.
Esas ondas de sonido retorcidas fueron dirigidas hacia un absorbente de sonido giratorio hecho de un disco de espuma. Un conjunto de micrófonos detrás del disco captaba el sonido de los altavoces a medida que pasaba por el disco, lo que aumentaba constantemente la velocidad de su giro.
Lo que el equipo buscaba escuchar para saber que las teorías de Penrose y Zel’dovich eran correctas era un cambio distintivo en la frecuencia y amplitud de las ondas de sonido a medida que viajaban por el disco, causado por esa peculiaridad del efecto doppler.
Marion Cromb, estudiante de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad, autora principal del artículo. “La versión lineal del efecto Doppler es familiar para la mayoría de las personas, ya que el fenómeno que ocurre cuando el tono de una sirena de ambulancia parece aumentar a medida que se acerca al oyente, pero cae mientras se aleja. Parece aumentar porque el sonido las ondas llegan al oyente con más frecuencia a medida que se acerca la ambulancia, y con menos frecuencia a medida que pasa”, explica.
“El efecto Doppler rotacional es similar, –prosigue– pero el efecto se limita a un espacio circular. Las ondas de sonido retorcidas cambian su tono cuando se miden desde el punto de vista de la superficie giratoria. Si la superficie gira lo suficientemente rápido, entonces la frecuencia del sonido puede hacer algo muy extraño: puede pasar de una frecuencia positiva a una negativa y, al hacerlo, robar algo de energía de la rotación de la superficie”.
A medida que aumenta la velocidad del disco giratorio durante el experimento de los investigadores, el tono del sonido de los altavoces disminuye hasta que se vuelve demasiado bajo para escuchar. Luego, el tono vuelve a subir hasta que alcanza su tono anterior, pero más alto, con una amplitud de hasta un 30% mayor que el sonido original que proviene de los altavoces.
Cromb agregó: “Lo que escuchamos durante nuestro experimento fue extraordinario. Lo que está sucediendo es que la frecuencia de las ondas de sonido se cambia a Doppler a cero a medida que aumenta la velocidad de giro. Cuando el sonido comienza de nuevo, es porque las ondas han sido cambió de una frecuencia positiva a una frecuencia negativa. Esas ondas de frecuencia negativa son capaces de tomar parte de la energía del disco de espuma giratoria, volviéndose más fuerte en el proceso, tal como lo propuso Zel’dovich en 1971”.
Fuente: EP