TiaSang
Thứ 4, Ngày 12 tháng 8 năm 2020
Đổi mới sáng tạo

Thí nghiệm xác nhận lý thuyết 50 năm tuổi miêu tả cách người ngoài hành tinh khai thác lỗ đen

26/06/2020 08:30 -

Lần đầu tiên, một phòng thí nghiệm tại Glasgow đã có thể xác nhận về mặt thực nghiệm một lý thuyết 50 năm tuổi bắt đầu như một suy đoán về cách một người ngoài hành tinh có thể sử dụng một lỗ đen để tạo ra năng lượng.

Vào năm 1969, nhà vật lý Anh Roger Penrose đề xuất là năng lượng có thể được tạo ra bằng việc làm suy  yếu một vật thể vào vùng không xác định của lỗ đen – lớp bên ngoài của chân trời sự kiện lỗ đen, nơi một vật thể có thể phải chuyển động nhanh hơn tốc độ của ánh sáng để không bị lỗ đen ‘nuốt’.

 Nhà vật lý Anh Roger Penrose. Nguồn: ifipnews.org

Penrose đã dự đoán là vật thể có thể phải có một mức năng lượng âm trong vùng bất thường của không gian này. Bằng việc thả vật thể và tách nó làm hai vì một nửa rơi vào trong lỗ đen trong khi nửa còn lại được phục hồi, có thể đo đạc được hành động đó bằng việc đo lượng năng lượng âm bị mất – nửa vật thể được phục hồi có thể tăng thêm mức năng lượng lấy được từ chuyển động quay của lỗ đen. Mức độ thách thức về kỹ thuật của quá trình này có thể quá lớn, Penrose đề xuất, điều này chỉ có thể xảy ra với một kỹ thuật vô cùng tiên tiến, có lẽ là nền văn minh ngoài trái đất mới vượt qua được thách thức này.

Hai năm sau đó, một nhà vật lý là Yakov Zel'dovich đã đề xuất lý thuyết có thể kiểm chứng được với một thí nghiệm có phần thiết thực hơn là các sóng ánh sáng “xoắn” chiếu lên một cylinder kim loại quay tại một tốc độ phù hợp, có thể phản xạ được mức năng lượng tăng thêm được lấy từ quá trình quay của cylinder nhờ hiệu ứng Doppler - được đặt tên theo nhà toán học và vật lý Áo Christian Andreas Doppler, đây là một hiệu ứng về tần số và bước sóng của các sóng âm, sóng điện từ hay các sóng nói chung bị thay đổi khi nguồn phát sóng chuyển động ở vị trí tương đối với người quan sát.

Nhà toán học và vật lý Áo Christian Andreas Doppler,

Nhưng ý tưởng của Zel'dovich vẫn còn đơn độc trong lĩnh vực lý thuyết kể từ năm 1971 bởi vì để thực nghiệm có thể được thực hiện, cylinder kim loại do ông đề xuất cần phải quay ít nhất 1 tỷ vòng trong một giây – một thách thức không thể vượt qua khác trước những giới hạn hiện hữu của kỹ thuật mà con ngươi biết.

Hiện tại, các nhà nghiên cứu của trường Vật lý và Thiên văn học, trường đại học Glasgow cuối cùng đã tim thấy một cách có thể thực hiện bằng thực nghiệm hiệu ứng mà Penrose và Zel'dovich đề xuất bằng âm thanh xoắn thay vì ánh sáng – một nguồn tần số thấp hơn nhiều và thực tế hơn nhiều để thực hiện trong phòng thí nghiệm.

Trong bài báo “Amplification of waves from a rotating body” (Sự khuếch đại các sóng từ một vật thể quay) xuất bản trên Nature Physics, nhóm nghiên cứu đã miêu tả cách họ xây dựng một hệ với việc sử dụng vòng nhỏ của các loa để tạo ra một dạng xoắn trong các sóng âm tương như như việc xoắn trong các sóng ánh sáng theo đề xuất của Zel'dovich.

Những sóng âm xoắn đã được hướng thẳng đến thiết bị hấp thụ sóng quay được làm từ vật hình đĩa bằng bọt xốp. Một bộ gồm các micro đằng sau cái đĩa này sẽ chọn lọc âm thanh từ các loa khi âm thanh được truyền qua đĩa, vốn có tốc độ spin được tăng lên một cách đều đặn.

Những gì nhóm nghiên cứu trông chờ là nghe để biết các lý thuyết của Penrose and Zel'dovich chính xác là một thay đổi đặc biệt trong tần số và biên độ của sóng âm khi chúng được truyền đến qua đĩa và là nguyên nhân tạo ra hiệu ứng Doppler.

Marion Cromb, một nghiên cứu sinh của trường Vật lý và thiên văn và là tác giả chính của nghiên cứu, nói: “Phiên bản phi tuyến của hiệu ứng Doppler thân thuộc với phần lớn con người vì hiện tượng này xảy ra khi âm lượng của tiếng còi xe cứu thương dường như tăng lên khi nó đến gần người nghe nhưng lại giảm đi khi nó chuyển động đi xa. Sở dĩ như vậy là vì các sóng âm đã chạm đến người nghe ở mức tần số cao hơn khi xe cứu thương đến gần ta, và và giảm đi khi chuyển sang mức tần số thấp hơn”.

Nhà vật lý Xô viết Yakov Zel'dovich. Nguồn: wikipedia 

“Hiệu ứng Doppler quay cũng tương tự nhưng hiệu ứng này bị giới hạn với một không gian tròn. Các sóng âm xoắn thay đổi cao độ khi được đo đạc từ điểm quan sát của bề mặt quay. Nếu bề mặt đó quay đủ nhanh thì sau đó tần số sóng có thể tạo ra một vài điều rất kỳ lạ - nó có thể đạt được với tần số dương sang tần số âm, và theo cách đó có thể ‘đánh cắp’ một chút năng lượng từ vòng quay của bề mặt đó”.  

Vì tốc độ spin của đĩa tăng lên trong quá trình thí nghiệm của các nhà nghiên cứu, cao độ của âm thanh từ các loa hạ xuống tận mức nó trở nên quá nhỏ để nghe được. Sau đó, âm lượng tăng trở lại một lần nữa cho đến khi chạm đến âm lượng cũ của mình – nhưng ‘ầm ĩ’ hơn với biên độ tăng 30% hơn âm thanh nguyên thủy từ các loa.

Marion cho biết thêm “Những gì chúng tôi nghe được trong suốt thực nghiệm của mình là vô cùng đặc biệt. Những gì đang xảy ra là tần số của các sóng âm là dịch chuyển Doppler được chuyển về 0 khi tốc độ spin tăng lên. Khi sóng âm bắt đầu tăng trở lại, đó là do sóng đã được chuyển từ tần số dương sang tần số âm. Những sóng có tần số âm đó có khả năng lấy được chút ít năng lượng từ đĩa đang spin, trở nên ồn hơn trong quá trình này – như đề xuất của Zel'dovich năm 1971”.

Giáo sư Daniele Faccio, người cũng của trường Vật lý và Vật lý thiên văn Glasgow và là đồng tác giả nghiên cứu, cho biết thêm “Chúng tôi rất vui mừng khi có khả năng xác nhận về thực nghiệm một số vấn đề vật lý tồn tại nửa thế kỷ sau khi lý thuyết đã được đề xuẩt. Thật kỳ lạ để nghĩ rằng chúng tôi đã có khả năng xác nhận được một lý thuyết nửa thế kỷ với những nguồn gốc vũ trụ ngay trong phòng thí nghiệm của chúng tôi nằm ở Tây Scotland, nhưng chúng tôi cho rằng nó sẽ mở ra được rất nhiều đại lộ mới cho những khám phá khoa học. Chúng tôi kiên trì chờ đợi xem chúng tôi có thể tìm hiểu về hiệu ứng này trên những nguồn khác nhau như các sóng điện từ trong tương lai gần hay không?”

Tô Vân dịch

Nguồnhttps://phys.org/news/2020-06-year-old-theory-alien-civilization-exploit.html