Yabancı bir uygarlığın enerji üretmek için bir kara deliği nasıl kullanabileceğine dair spekülasyon olarak başlayan 50 yaşındaki bir teori, ilk kez bir Glasgow Research Lab. (araştırma laboratuvarında) deneysel olarak doğrulandı.
1969’da İngiliz fizikçi Roger Penrose, bir nesnenin kara deliğin ergosferine (Ergosfer, dönen bir kara deliğin olay ufkunun dışında bulunan bir bölgedir) indirilmesiyle enerjinin üretilebileceğini önerdi. Bu nesnenin kara deliğin olay ufkunun dış katmanında içine sürüklenmeksizin sabit kalarak ışık hızından daha hızlı hareket etmesi gerekiyordu.
Görüntü: ESO / L. Calçada
Penrose, nesnenin bu ‘olağandışı alan’ alanında negatif bir enerji alacağını öngördü. Nesneyi düşürerek ve ikiye bölerek, yarısı kurtarılırken diğer bir yarısı ise kara deliğe düşer, geri tepme eylemi etkili bir şekilde negatif enerji kaybını ölçer ve kurtarılan yarısı kara deliğin dönüşünden çıkarılan enerjiyi kazanır. Sürecin gerektireceği mühendislik zorluğunun ölçeği o kadar büyük ki, Penrose belki de sadece çok gelişmiş, yabancı bir medeniyetin göreve eşit olacağını öne sürdü.
İki yıl sonra, Yakov Zel’dovich adında başka bir fizikçi, teorinin daha pratik, toprağa bağlı bir deneyle test edilebileceğini öne sürdü. Dönen bir metal silindirin yüzeyine doğru hızla dönen ‘bükülmüş’ ışık dalgalarının, dönme Doppler etkisinin bir tuhaflığı sayesinde silindirin dönüşünden elde edilen ek enerji ile yansıtılmasını önerdi.
Ancak Zel’dovich’in fikri 1971’den beri sadece teori olarak kaldı, çünkü deneyin çalışması için önerilen metal silindirinin saniyede en az milyar kez dönmesi gerekiyordu. Bu ‘insan mühendisliğinin’ mevcut sınırları için başka bir aşılamaz meydan okumaya eşitti.
Çok kısa bir zaman önce, Glasgow Üniversitesi Fizik ve Astronomi Okulu araştırmacıları nihayet Penrose ve Zel’dovich’in ışık dalgaları yerine ses dalgalarını çevirerek önerdiği etkiyi deneysel olarak göstermenin bir yolunu buldular. Bu bulgu sayesinde çok daha düşük bir frekans kaynağı ile çok daha pratik laboratuvar kullanarak deneylenebildi.
Ekip 22 Haziran 2020’de Nature Physics‘te yayınlanan yeni bir makalede Zel tarafından önerilen ışık dalgalarında ki bükülmeye benzer; ses dalgalarında da bir bükülme yaratmak için küçük bir hoparlör halkası kullanan bir sistemi nasıl inşa ettiklerini açıklıyor.
Bu bükülmüş ses dalgaları, bir köpük diskten yapılmış dönen bir ses emiciye yönlendirildi. Diskin arkasındaki bir dizi mikrofon, sesi diskten geçerken hoparlörlerden aldı ve bu da dönüş hızını sürekli artırdı.
Ekibin Penrose ve Zel’dovich’in teorilerinin doğru olduğunu kanıtlamak için duymak istedikleri veya aradıkları şey, doppler etkisinin bu tuhaflığından kaynaklanan ses dalgalarının diskten geçerken frekans ve genliklerinde belirgin bir değişiklikti.
Üniversitenin Fizik ve Astronomi Okulu’nda doktora öğrencisi olan ve makalenin baş yazarı olan Marion Cromb şunları söyledi: “Doppler etkisinin lineer versiyonu, ambulans sireninin perdesinin dinleyiciye yaklaştıkça yükseldiği, ancak uzaklaştıkça ortaya çıktığı için ortaya çıkan fenomen, çoğu insana aşinadır. Yükseliyor gibi görünüyor, çünkü ses dalgaları ambulans sireni yaklaştıkça dinleyiciye daha sık, daha sonra geçtikçe daha az sıklıkta ulaşıyor.
Dönel Doppler efekti benzerdir, ancak etki dairesel bir boşlukla sınırlıdır. Bükülmüş ses dalgaları, dönen yüzeyin bakış açısından ölçüldüğünde perdelerini değiştirir. Yüzey yeterince hızlı dönerse, ses frekansı çok garip bir şey yapabilir, pozitif bir frekanstan negatif bir frekansa geçebilir ve bunu yaparken yüzeyin dönüşünden bir miktar enerji çalabilir. “
Marion ekledi: “Deneyimiz sırasında duyduklarımız olağanüstü. Olan şey, sıkma hızı arttıkça ses dalgalarının frekansının Doppler etkisini sıfıra kaydırmasıdır. Ses yeniden başladığında, dalgaların pozitif bir frekanstan negatif bir frekansa kaymasıdır. Bu negatif frekans dalgaları, enerjinin bir kısmını dönen köpük diskinden alabilir ve süreçte daha yüksek hale gelir – tıpkı 1971’de Zel’dovich’in önerdiği gibi. “
Glasgow Üniversitesi Fizik ve Astronomi Okulu’ndan Profesör Daniele Faccio‘da makalenin ortak yazarıdır. Prof Faccio : “Teorinin ilk önerilmesinden yarım yüzyıl sonra son derece garip bazı fiziği deneysel olarak doğrulayabildiğimiz için çok mutluyuz. İskoçya’nın batısındaki laboratuvarımızda kozmik kökenleri olan yarım asırlık bir teoriyi doğrulayabildiğimizi düşünmek garip, ancak bunun birçok yeni bilimsel keşif yolu açacağını düşünüyoruz. Yakın gelecekte elektromanyetik dalgalar gibi farklı kaynaklar üzerindeki etkisini nasıl araştırabileceğimizi görmek istiyoruz. “
Kaynaklar: “Amplification of waves from a rotating body” by Marion Cromb, Graham M. Gibson, Ermes Toninelli, Miles J. Padgett, Ewan M. Wright and Daniele Faccio, 22 June 2020, Nature Physics, Scitechdaily
Araştırma ekibinin ‘Dönen bir cisimden dalgaların yükseltilmesi’ başlıklı makalesi Nature Physics‘te yayınlandı . Araştırma, Mühendislik ve Fizik Bilimleri Araştırma Konseyi (EPSRC) ve Avrupa Birliği’nin Horizon 2020 programından sağlanan fonlarla desteklenmiştir.
