Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Eksperyment potwierdza, że zaawansowana cywilizacja może pozyskać energię z czarnej dziury

Recommended Posts

Na Uniwersytecie w Glasgow po raz pierwszy eksperymentalnie potwierdzono teorię dotyczącą pozyskiwania energii z czarnych dziur. W 1969 roku wybitny fizyk Roger Penrose stwierdził, że można wygenerować energię opuszczając obiekt do ergosfery czarnej dziury. Ergosfera to zewnętrzna część horyzontu zdarzeń. Znajdujący się tam obiekt musiałby poruszać się szybciej od prędkości światła, by utrzymać się w miejscu.

Penrose przewidywał, że w tym niezwykłym miejscu w przestrzeni obiekt nabyłby ujemną energię. Zrzucając tam obiekt i dzieląc go na dwie części tak, że jedna z nich wpadnie do czarnej dziury, a druga zostanie odzyskana, spowodujemy odrzut, który będzie mierzony wielkością utraconej energii negatywnej, a to oznacza, że odzyskana część przedmiotu zyska energię pobraną z obrotu czarnej dziury. Jak przewidywał Penrose, trudności inżynieryjne związane z przeprowadzeniem tego procesu są tak wielkie, że mogłaby tego dokonać jedynie bardzo zaawansowana obca cywilizacja.

Dwa lata później znany radziecki fizyk Jakow Zeldowicz uznał, że teorię tę można przetestować w prostszy, dostępny na Ziemi sposób. Stwierdził, że „skręcone” fale światła uderzające o powierzchnię obracającego się z odpowiednią prędkością cylindra zostaną odbite i przejmą od cylindra dodatkową energię. Jednak przeprowadzenie takiego eksperymentu było, i ciągle jest, niemożliwe ze względów inżynieryjnych. Zeldowicz obliczał bowiem, że cylinder musiałby poruszać się z prędkością co najmniej miliarda obrotów na sekundę.

Teraz naukowcy z Wydziału Fizyki i Astronomii University of Glasgow opracowali sposób na sprawdzenie teorii Penrose'a. Wykorzystali przy tym zmodyfikowany pomysł Zeldowicza i zamiast "skręconych" fal światła użyli dźwięku, źródła o znacznie niższej częstotliwości, i łatwiejszego do użycia w laboratorium.

Na łamach Nature Physics Brytyjczycy opisali, jak wykorzystali zestaw głośników do uzyskania fal dźwiękowych, skręconych na podobieństwo fal świetlnych w pomyśle Zeldowicza. Dźwięk został skierowany w stronę obracającego się piankowego dysku, który go absorbował. Za dyskiem umieszczono zestaw mikrofonów, które rejestrowały dźwięk przechodzący przez dysk, którego prędkość obrotowa była stopniowo zwiększana.

Naukowcy stwierdzili, że jeśli teoria Penrose'a jest prawdziwa, to powinni odnotować znaczącą zmianę w częstotliwości i amplitudzie dźwięku przechodzącego przez dysk. Zmiana taka powinna zajść w wyniku efektu Dopplera.

Z liniową wersją efektu Dopplera wszyscy się zetknęli słysząc syrenę karetki pogotowia, której ton wydaje się rosnąć w miarę zbliżania się pojazdu i obniżać, gdy się on oddala. Jest to spowodowane faktem, że gdy pojazd się zbliża, fale dźwiękowe docierają do nas coraz częściej, a gdy się oddala, słyszymy je coraz rzadziej. Obrotowy efekt Dopplera działa podobnie, jednak jest on ograniczony do okrągłej przestrzeni. Skręcone fale dźwiękowe zmieniają ton gdy są mierzone z punktu widzenia obracającej się powierzchni. Gdy powierzchnia ta obraca się odpowiednio szybko z częstotliwością dźwięku dzieje się coś dziwnego – przechodzi z częstotliwości dodatniej do ujemnej, a czyniąc to pobiera nieco energii z obrotu powierzchni, wyjaśnia doktorantka Marion Cromb, główna autorka artykułu.

W miarę jak rosła prędkość obrotowa obracającego się dysku, ton dźwięku stawał się coraz niższy, aż w końcu nie było go słychać. Później znowu zaczął rosnąć, aż do momentu, gdy miał tę samą wysokość co wcześniej, ale był głośniejszy. Jego amplituda była o nawet 30% większa niż amplituda dźwięku wydobywającego się z głośników.

To co usłyszeliśmy podczas naszych eksperymentów było niesamowite. Najpierw, w wyniku działania efektu Dopplera częstotliwość fal dźwiękowych zmniejszała się w miarę zwiększania prędkości obrotowej dysku i spadła do zera. Później znowu pojawił się dźwięk. Stało się tak, gdyż doszło do zmiany częstotliwości fal z dodatniej na ujemną. Te fale o ujemnej częstotliwości były w stanie pozyskać część energii z obracającego się dysku i stały się głośniejsze. Zaszło zjawisko, które Zeldowicz przewidział w 1971 roku, dodaje Cromb.

Współautor badań, profesor Daniele Faccio, stwierdza: jesteśmy niesamowicie podekscytowani faktem, że mogliśmy eksperymentalnie potwierdzić jedną z najdziwniejszych hipotez fizycznych pół wieku po jej ogłoszeniu. I że mogliśmy potwierdzić teorię dotyczącą kosmosu w naszym laboratorium w zachodniej Szkocji. Sądzimy, że otwiera to drogę do kolejnych badań. W przyszłości chcielibyśmy badać ten efekt za pomocą różnych źródeł fal elektromagnetycznych.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

A może by tak ten eksperyment obsłużyć w stanie nieważkości i wtedy można odbijać światło bo dźwięku raczej się nie da ale można rozpędzić cylinder do miliarda obrotów przy pomocy silników rakietowych lub lasera z strzelającego w powierzchnię

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ujemna częstotliwość? Ktoś może to wyjaśnić? Kojarzy mi się to z "zawijaniem częstotliwości" z efektu aliasingu, ale to nie jest "ujemna" częstotliwość... czyli, że np. mamy -5 wychyleń na sekundę? Co to niby miałoby znaczyć? 

Share this post


Link to post
Share on other sites
16 godzin temu, KopalniaWiedzy.pl napisał:

Zrzucając tam obiekt i dzieląc go na dwie części tak, że jedna z nich wpadnie do czarnej dziury, a druga zostanie odzyskana, spowodujemy odrzut, który będzie mierzony wielkością utraconej energii negatywnej, a to oznacza, że odzyskana część przedmiotu zyska energię pobraną z obrotu czarnej dziury.

A czy choć zrównoważy energię utraconą (wypromieniowaną) podczas opadania w kierunku czarnej dziury? Opadanie materii w studnię grawitacyjną BH to, o ile się nie mylę, jeden z najwydajniejszych znanych procesów energetycznych.

@Covid 19 login mówi wszystko. Kartka i długopis w dłoń i policz sobie prędkość liniową powierzchni cylindra fi=30mm, siłę odśrodkową oraz potrzebną energię. Nie zapomnij też o efektach relatywistycznych. A potem poszukaj np. na youtube światowych rekordów (podpowiem: RPM). Bardziej zgryźliwy nie będę, bo tutaj nie wypada.

 

@Warai Otoko Też się zastanawiam. Może to tylko semantyka, ale ujemna częstotliwość w żadnym razie nie kojarzy mi się z pobraniem energii z ośrodka. Wręcz przeciwnie, przez analogię sugeruje raczej jej oddanie.

Share this post


Link to post
Share on other sites
4 hours ago, Warai Otoko said:

Ujemna częstotliwość? Ktoś może to wyjaśnić? Kojarzy mi się to z "zawijaniem częstotliwości" z efektu aliasingu, ale to nie jest "ujemna" częstotliwość... czyli, że np. mamy -5 wychyleń na sekundę? Co to niby miałoby znaczyć? 

 

1 hour ago, lester said:

Warai Otoko Też się zastanawiam. Może to tylko semantyka, ale ujemna częstotliwość w żadnym razie nie kojarzy mi się z pobraniem energii z ośrodka. Wręcz przeciwnie, przez analogię sugeruje raczej jej oddanie.

 

Wg opisu do pewnego momentu dźwięk stawał się coraz niższy a później znów zaczynał rosnąć tylko z większa amplitudą niż emitowany. Mogę się mylić, ale z tego co wnioskuje chodzi o wyrównanie częstotliwości z czasem obrotu dysku.

Share this post


Link to post
Share on other sites
12 minut temu, dexx napisał:

Wg opisu do pewnego momentu dźwięk stawał się coraz niższy a później znów zaczynał rosnąć tylko z większa amplitudą niż emitowany. Mogę się mylić, ale z tego co wnioskuje chodzi o wyrównanie częstotliwości z czasem obrotu dysku.

ale spadek częstotlwości do zera a następnie jej wzrost nijak pasuje mi do "ujemnej" częstotliwości. 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jak ode mnie to +, jak do mnie to - ... :D

Poważniej (jak komuś się chce) to polecam cały artykuł źródłowy: https://arxiv.org/pdf/2005.03760.pdf
Nie podejrzewam, żeby były tam "ujemne" częstotliwości, no chyba, że "Doppler shifted frequency, e.g.ωlΩ =30 Hz"

ed. Oczywiście w kontescie uzyskania przez nas energii z czarnej dziury wciąż jesteśmy w czarnej d... Nawet nie o milimetr bliżej. ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites
18 godzin temu, Astro napisał:

Nie podejrzewam, żeby były tam "ujemne" częstotliwości, no chyba, że "Doppler shifted frequency, e.g.ωlΩ =30 Hz"

Aa czyli chodziło o różnicę, uff :P

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na łamach Monthly Notices of the Royal Astronomical Society pojawiły się wyniki nowego teoretycznego studium mechanizmu powstawania supermasywnych czarnych dziur. Jego autorzy, międzynarodowy zespół naukowy, twierdzą, że supermasywne czarne dziury nie muszą powstawać ze zwykłej materii, a mogą tworzyć się bezpośrednio z ciemnej materii.
      Powstawanie i ewolucja czarnych dziur to wciąż jedna z zagadek astronomii. Wiemy, że supermasywne czarne dziury istniały już 800 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Wciąż nie wiemy, jak mogły uformować się tak szybko.
      Standardowe modele tworzenia się czarnych dziur mówi o materii barionowej, która zapadła się pod wpływem grawitacji, utworzyła czarną dziurę, która z czasem rosła wchłaniając pobliską materię.
      Autorzy nowej pracy badali teoretyczne możliwości istnienia stabilnych jąder galaktyk utworzonych z jądra z ciemnej materii i otaczającej je rozproszonego halo ciemnej materii. W czasie badań zauważyli, że centralne miejsca takich struktur mogą stać się tak gęste, że po przekroczeniu pewnej granicy zapadną się tworząc supermasywną czarną dziurę.
      Z modelu wynika, że takie zjawisko może zachodzić znacznie szybciej niż inne mechanizmy powstawania supermasywnych czarnych dziur. Na tyle szybko, że mogły się one formować we wczesnym wszechświecie, zanim jeszcze powstały galaktyki, w centrach których się znajdują.
      Nowy scenariusz formowania może wyjaśniać, w jaki sposób supermasywne czarne dziury powstały we wczesnym wszechświecie, bez potrzeby odwoływania się do wcześniejszego powstania gwiazd czy formowania się czarnych dziur o nierealnym tempie wzrostu, mówi główny autor badań Carlos R. Argüelles z Universidad Nacional de La Plata.
      Nasza praca pokazuje, że wewnątrz halo ciemnej materii mogą znajdować się gęste ośrodki, które mogą wyjaśniać formowania się supermasywnych czarnych dziur, mówi uczony.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Ziemia jest bliżej supermasywnej centralnej czarnej dziury – Sagittariusa A* – naszej galaktyki i porusza się szybciej niż dotychczas sądzono. Tak wynika z nowej mapy sporządzonej na podstawie ponad 15-letnich badań prowadzonych przez japoński projekt astronomiczny VERA.
      VERA (VLBI Exploration of Radio Astrometry) wystartował w 2000 roku. Głównym zadaniem projektu jest określenie struktury przestrzennej i prędkości obiektów w Drodze Mlecznej. Naukowcy wykorzystują technikę interferometrii, która pozwala połączyć dane z różnych radioteleskopów znajdujących się w Japonii i uzyskać obraz o takiej rozdzielczości, jak z jednego radioteleskopu o średnicy 2300 kilometrów. Uzyskano w ten sposób rozdzielczość wynoszącą 10 mikrosekund kątowych. To rozdzielczość wystarczająca, by – przynajmniej teoretycznie – dostrzec z Ziemi 2-złotówkę leżącą na powierzchni Księżyca.
      Jako, że Ziemia znajduje się wewnątrz Drogi Mlecznej, nie możemy badać naszej galaktyki z zewnątrz. Żeby zrozumieć strukturę Drogi Mlecznej musimy posłużyć się astrometrią, dokładnymi pomiarami pozycji i ruchu obiektów w naszej galaktyce. Dzięki temu jesteśmy w stanie odtworzyć jej trójwymiarową strukturę.  Właśnie opublikowano First VERA Astrometry Catalog, w którym znajdują się dokładne dane dotyczące 99 obiektów Drogi Mlecznej.
      Dzięki temu dowiedzieliśmy się właśnie, że Ziemia porusza się wokół centrum Drogi Mlecznej z prędkością 227 km/s, czyli o 7 km/s szybciej, niż sądziliśmy. Jest też o 2000 lat świetlnych bliżej Sagittariusa A*. Od centralnej czarnej dziury dzieli nas zatem 25 800 lat świetlnych, a nie 27 700 lat świetlnych.
      Teraz VERA obserwuje kolejne obiekty, szczególnie te znajdujące się blisko czarnej dziury. Projekt VERA przystąpił też do programu EAVN (East Asian VLBI Network), w ramach którego współpracują ze sobą radioteleskopy w Japonii, Korei Południowej i Chin. Dzięki zwiększeniu liczby urządzeń oraz odległości pomiędzy nimi EAVN osiągnie większą rozdzielczość niż VERA i dostarczy jeszcze bardziej dokładnych danych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Supermasywna czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej – Sagittarius A* – obraca się wolniej niż się spodziewano. Jej obrót jest wolniejszy, a prawdopodobnie znacznie wolniejszy, niż 10% prędkości światła. To niezwykle powoli jak na obracającą się czarną o masie 4,15 miliona razy większej od masy Słońca.
      Prędkość obrotowa czarnej dziury jest ważna z dwóch powodów. Po pierwsze horyzont zdarzeń czarnej dziury, czyli miejsce spoza którego nic nie może się wydostać, jest coraz większy i większy w miarę, jak czarna dziura pochłania coraz więcej materii. Jednak im szybciej dziura się obraca, tym bardziej kurczy się jej horyzont zdarzeń. To zaś powoduje, że szybko obracające się czarne dziury mają mniejszy horyzont zdarzeń niż wolno obracające się czarne dziury o tej samej masie. Po drugie, tempo obrotu czarnej dziury odgrywa rolę w pojawianiu się dżetów z obu stron czarnej dziury. Większość galaktyk podobnych do Drogi Mlecznej posiada supermasywne czarna dziury, a wielu z nich towarzyszą potężne dżety.
      Jednak Droga Mleczna nie posiada dżetów. Już samo to sugeruje, że SgrA* nie obraca się zbyt szybko. Specjaliści sądzą bowiem, że dżet to materia z dysku akrecyjnego, która znajduje się zaraz poza horyzontem zdarzeń i która została przyspieszona w wyniku szybkiego obrotu czarnej dziury. Brak dżetu może sugerować, że albo takiej materii w dysku akrecyjnym SgrA* jest bardzo mało, albo dziura obraca się wolno, albo też mają miejsce obie te sytuacje.
      Autorzy najnowszych badań postanowili zmierzyć obrót Sagittariusa A*. Wykorzystali w tym celu gwiazdy znajdujące się w bezpośrednim otoczeniu czarnej dziury. Stwierdzili, że wszystkie te gwiazdy znajdują się na dwóch płaszczyznach. Gdyby narysować ich orbity i przyjrzeć im się z boku, okaże się, że tworzą one kształt X. Z obliczeń wynika, że gdyby SgrA* obracała się szybciej niż 10% prędkości światła, to gwiazdy te zostałyby wyrzucone z takich orbit. Orbity te są najprawdopodobniej równie stare co same gwiazdy. Powstały one w momencie narodzin tych gwiazd. Gdyby czarna dziura wirowała bardzo szybko, już byśmy takich orbit nie obserwowali.
      Wszystko, co w przestrzeni kosmicznej obraca się bardzo szybko wywiera wpływ na obiektu znajdujące się na orbitach. Z czasem oddziaływanie takiego szybko obracającego się obiektu powoduje, że orbity mniejszych obiektów wokół niego coraz bardziej do płaszczyzny obrotu masywnego obiektu. Jeśli zaś masywny obiekt obraca się powoli, słabiej oddziałuje na obiekty na jego orbitach, dzięki czemu mogą one utrzymać swoje pierwotne orbity.
      Więcej na temat badań można przeczytać na łamach Astrophysical Journal Letters.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Królewska Szwedzka Akademia Nauk zdecydowała dzisiaj, że Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za rok 2020 otrzymają: w połowie Roger Penrose za odkrycie, że formowanie się czarnych dziur potwierdza ogólną teorię względności. Drugą połowę otrzymują wspólnie Reinhard Genzel i Andrea Ghez za odkrycie supermasywnego kompaktowego obiektu w centrum naszej galaktyki.
      Roger Penrose to jeden z najwybitniejszych żyjących matematyków, fizyków i filozofów nauki. Uczony urodził się w 1931 roku w Wielkiej Brytanii. Tytuł doktora zdobył na Cambridge University. Obecnie jest emerytowanym profesorem matematyki na University of Oxford.
      Reinhard Genzel urodził się w 1952 roku w Niemczech. Tytuł doktora uzyskał na Uniwersytecie w Bonn. Obecnie jest dyrektorem Instytutu Fizyki Pozaziemskiej im. Maxa Plancka oraz profesorem Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley.
      Urodzona w 1965 roku w Nowym Jorku Andrea Ghez uzyskała tytuł dotorski na Caltechu (California Institute of Technology), a obecnie pracuje na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles.
      Tegoroczna gala noblowska będzie miała inny charakter niż wcześniej. Nie wymagamy, by laureaci przybyli do Sztokholmu w grudniu bieżącego roku odebrać nagrody. Z powodu pandemii planujemy online'owe wykłady noblowskie i online'ową ceremonię przyznania nagród, oświadczył Göran Hansson, sekretarz generalny Akademii. Zapewnił jednocześnie, że przed końcem roku wszyscy laureaci otrzymają swoje nagrody i zostaną zaproszeni na galę w innym terminie.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Very Large Telescope zauważył sześć galaktyk zgromadzonych wokół supermasywnej czarnej dziury z czasów, gdy wszechświat liczył sobie mniej niż miliard lat. Po raz pierwszy zauważono takie zgrupowanie z czasów tak nieodległych od Wielkiego Wybuchu. Odkrycie pomaga lepiej zrozumieć, w jaki sposób supermasywne czarne dziury mogą powstawać i ewoluować tak szybko.
      Głównym celem naszych badań było lepsze zrozumienie jednych z najbardziej niezwykłych obiektów astronomicznych – supermasywnych czarnych dziur istniejących już we wczesnym wszechświecie. Dotychczas nikt nie potrafi dobrze wyjaśnić ich istnienia, mówi główny autor badań, Marco Mignoli z Narodowego Instytutu Astrofizyki w Bolonii.
      Nowe obserwacje ujawniły istnienie galaktyk znajdujących się w okolicach supermasywnej czarnej dziury, a całość otoczona jest „pajęczą siecią” gazu rozciągającego się na obszarze 300-krotnie większym niż obszar Drogi Mlecznej. Olbrzymia ilość gazu zasila zarówno galaktyki, jak i czarną dziurę. Naukowcy szacują, że czarna dziura ma masę miliarda mas Słońca, a otaczająca całość gazowa struktura powstała, gdy wszechświat liczył sobie zaledwie 900 milionów lat.
      Obecnie uważa się, że pierwsze czarne dziury powstały z pierwszych gwiazd, które się zapadły. Musiały one błyskawicznie ewoluować, skoro po 900 milionach lat istnienia wszechświata osiągały masę miliarda Słońc. Astronomowie mają jednak problemy z wyjaśnieniem tej ewolucji. Takie czarne dziury musiałyby bowiem bardzo szybko wchłaniać olbrzymie ilości materii. Odkrycie galaktyk otaczających czarną dziurę i spowijającej wszystko sieci gazu może wyjaśniać tę błyskawiczną ewolucję.
      Powstaje jednak pytanie, w jaki sposób dochodzi do tworzenia się „pajęczej sieci” gazu. Astronomowie sądzą, że bierze w tym udział ciemna materia. To ona przyciąga gaz, który tworzy olbrzymie struktury, wystarczające, by wyewoluowały z nich zarówno galaktyki, jak i czarne dziury.
      Nasze badania wspierają hipotezę mówiącą, że najbardziej odległe masywne czarne dziury tworzą się i rosną w masywnym halo ciemnej materii. Dotychczas takich struktur nie wykrywaliśmy, gdyż ograniczały nas nasze możliwości obserwacyjne, wyjaśnia współautor badań Colin Norman z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa. Zaobserwowane teraz galaktyki są jednymi z najsłabiej świecących, jakie udało się zarejestrować.  Aby je zauważyć, konieczne były wielogodzinne obserwacje za pomocą jednych z najpotężniejszych teleskopów optycznych. Dzięki temu uczeni dowiedli też, że istnieje związek pomiędzy czterema galaktykami, a czarną dziurą
      Sądzimy, że obserwujemy wierzchołek góry lodowej. Że te galaktyki, które widzimy, są najjaśniejszymi, jakie się tam znajdują, przyznaje Barbara Balmaverde z Narodowego Instytutu Astrofizyki w Turynie.
      Pozostaje tylko mieć nadzieję, że jeszcze większe teleskopy optyczne, jak budowany właśnie Extremely Large Telescope, pozwolą dostrzec więcej szczegółów.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...