Investigadores de la Universidad de Glasgow, Escocia, acaban de verificar experimentalmente la teoría de Roger Penrose sobre la extracción de energía de un agujero negro.
Así, miembros de la Escuela de Física y Astronomía verificaron lo que empezó hace 50 años como una especulación del físico británico: cómo una supuesta civilización de extraterrestres pudiera usar un agujero negro para extraer energía.
Hicieron, a su vez, otra verificación: la factibilidad de las sugerencias que el mismo físico soviético Yákov Zeldóvich hizo tiempo después sobre el asunto.
Los resultados de la investigación se publicaron recientemente en un artículo de Nature Physics. “La idea original fue de Roger Penrose, el físico británico que nos enseñó, junto a Stephen Hawking, mucho de lo que sabemos sobre los agujeros negros.
En 1969, Penrose sugirió que —señaló ABC— sería posible generar grandes cantidades de energía colocando un objeto en la ‘ergosfera’ de un agujero negro, la capa más externa de su horizonte de sucesos.
Claro que, para poder permanecer allí, el objeto en cuestión tendría que moverse a velocidades relativistas, imposibles de alcanzar con nuestra tecnología”.
No obstante, Penrose predijo que en esa área, tan poco común del espacio, el objeto adquiriría energía negativa. Para recuperar una parte de esa energía, habría que poner el objeto en la ergosfera y dividirlo en dos. De esta manera, una mitad sería absorbida por el agujero negro, y la otra, dada la acción de retroceso, pudiera escapar de él.
Así, la mitad recuperada —explicó el medio— ganaría energía que se extraería de la propia rotación del agujero negro. Sin embargo, y partiendo de la ingeniería necesaria, el asunto era tan grande que el físico sugirió que solo una civilización de extraterrestres, sumamente avanzada, sería capaz de lograrlo.
Yákov Zeldóvich consideraba posible la teoría de Penrose
Yákov Zeldóvich fue un físico soviético que nació en Biolorrusia. Participó en el proyecto atómico soviético y desempeñó un papel clave en el desarrollo de la teoría de la evaporación de los agujeros negros por la radiación de Hawking.
“En la visita de Hawking y Kip Thorne a Moscú en 1973, los científicos soviéticos Zeldóvich y Alekséi Starobinski (su estudiante de doctorado) les mostraron que, de acuerdo con el principio de incertidumbre de la mecánica cuántica, los agujeros negros en rotación deberían crear y emitir partículas gracias a la energía de rotación, que se perdería al espacio y saldría del agujero negro.
Si bien se sabía que todo cuerpo en rotación perdería energía, por ejemplo, en forma de ondas gravitacionales, lo innovador de la idea de los soviéticos fue que este mecanismo nunca había sido teorizado antes.
Sobre esta idea, se desarrolló después la radiación de Hawking. De aquí se dedujo que «los agujeros negros tenían una cierta temperatura, y, por lo tanto, una cantidad de entropía que era proporcional al área de la superficie del horizonte de sucesos”, publicó Wikipedia.
Tiempo después de la teoría de Penrose, Zeldóvich dijo que esta sí se podía probar con un experimento más práctico y terrestre. Señaló que las ondas de luz ‘retorcidas’ que golpean la superficie de un cilindro metálico, que esté girando a la velocidad correcta, terminarían reflejándose con una energía ‘extra’.
Dicha energía se obtendría de la propia rotación del cilindro por una peculiaridad del efecto Doppler rotacional. En otras palabras: haría lo mismo que el hipotético objeto que se pusiera en el borde del agujero negro.
En qué consistió el experimento
Los investigadores retorcieron sonido en vez de luz, una fuente de frecuencia mucho más baja. También más práctica y asequible para una demostración de laboratorio, continuó el medio.
Explican en el artículo cómo construyeron un sistema que emplea un pequeño anillo de altavoces. El objetivo era crear un giro en las ondas de sonido análogo al giro de las ondas de luz que propuso Zeldóvich.
Así, hicieron que las ondas sonoras retorcidas se dirigieran hacia un objeto giratorio que fuese capaz de absorber sonido, por lo que usaron un disco de espuma. Pusieron detrás un conjunto de micrófonos que captaba el sonido de los altavoces, al tiempo que pasaba por el disco. De esta manera, el disco incrementaba constantemente su velocidad de giro.
Para saber si las teorías de Penrose y Zeldóvich eran correctas, trataron de captar un cambio distintivo en la frecuencia y la amplitud de las ondas de sonido en la medida en que viajaban por el disco. Estos cambios se producirían por el efecto Doppler.
El efecto Doppler
El efecto Doppler es el cambio de frecuencia aparente de una onda por el movimiento relativo de la fuente con respecto al observador. Se pone de ejemplo las sirenas de las ambulancias. En la medida en que se acercan, el sonido se percibe cada vez más agudo; en la medida en que se alejan, se percibe menos.
El aumento del tono de la sirena de una ambulancia se debe a la velocidad del vehículo cuando se está acercando y que se suma a la de las ondas del sonido que emite la sirena. Por tanto, la frecuencia es mayor y por eso se escucha un tono más agudo, explicó el medio. Pasa lo contrario cuando la ambulancia se aleja.
“El efecto Doppler rotacional —dijo Mario Cromb, coautor del artículo— es similar, pero solo se limita a un espacio circular.
Las ondas de sonido retorcidas cambian de tono cuando se miden desde el punto de vista de la superficie giratoria. Si esa superficie gira lo suficientemente rápido, entonces la frecuencia del sonido puede pasar de positiva a negativa. Al hacerlo, puede robar algo de energía de la superficie en rotación”.
Daniele Faccio, otro coautor, considera que es extraordinario poder confirmar una teoría cósmica de hace tanto tiempo y que la investigación pudiera abrir otras vías de investigación científica.
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