Uma teoria de 50 anos que começou como especulação sobre como uma civilização alienígena poderia usar um buraco negro para gerar energia foi experimentalmente verificada pela primeira vez em um laboratório de pesquisa em Glasgow.

Em 1969, O físico britânico Roger Penrose sugeriu que a energia poderia ser gerada baixando um objeto para a ergosfera do buraco negro - a camada externa do horizonte de eventos do buraco negro, onde um objeto teria que se mover mais rápido do que a velocidade da luz para permanecer parado.

Penrose previu que o objeto iria adquirir uma energia negativa nesta área incomum do espaço. Soltando o objeto e dividindo-o em dois, de modo que metade caia no buraco negro enquanto a outra é recuperada, a ação de recuo mediria uma perda de energia negativa - efetivamente, a metade recuperada ganharia energia extraída da rotação do buraco negro. A escala do desafio de engenharia que o processo exigiria é tão grande, Contudo, que Penrose sugeriu apenas um muito avançado, talvez alienígena, a civilização estaria à altura da tarefa.

Dois anos depois, outro físico chamado Yakov Zel'dovich sugeriu que a teoria poderia ser testada com um método mais prático, experimento terrestre. Ele propôs que ondas de luz "torcidas", atingindo a superfície de um cilindro de metal giratório girando na velocidade certa, acabaria sendo refletido com energia adicional extraída da rotação do cilindro graças a uma peculiaridade do efeito doppler rotacional.

Mas a ideia de Zel'dovich permaneceu exclusivamente no domínio da teoria desde 1971 porque, para o experimento funcionar, seu cilindro de metal proposto precisaria girar pelo menos um bilhão de vezes por segundo - outro desafio intransponível para os limites atuais da engenharia humana.

Agora, pesquisadores da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Glasgow finalmente encontraram uma maneira de demonstrar experimentalmente o efeito que Penrose e Zel'dovich propuseram ao torcer o som em vez da luz - uma fonte de frequência muito mais baixa, e, portanto, muito mais prático de demonstrar no laboratório.

Em um novo artigo publicado hoje em Física da Natureza , a equipe descreve como construiu um sistema que usa um pequeno anel de alto-falantes para criar uma torção nas ondas sonoras análoga à torção nas ondas de luz proposta por Zel'dovich.

Essas ondas sonoras torcidas foram direcionadas para um absorvedor de som giratório feito de um disco de espuma. Um conjunto de microfones atrás do disco captou o som dos alto-falantes conforme ele passava pelo disco, que aumentava constantemente a velocidade de seu giro.

O que a equipe estava procurando ouvir para saber se as teorias de Penrose e Zel'dovich estavam corretas era uma mudança distinta na frequência e amplitude das ondas sonoras à medida que viajavam pelo disco, causado por aquela peculiaridade do efeito doppler.

Marion Cromb, um Ph.D. estudante da Escola de Física e Astronomia da Universidade, é o autor principal do artigo. Marion disse:"A versão linear do efeito doppler é familiar para a maioria das pessoas, pois o fenômeno que ocorre quando o tom de uma sirene de ambulância parece aumentar à medida que se aproxima do ouvinte, mas diminui à medida que se afasta. Parece aumentar devido ao som ondas estão alcançando o ouvinte com mais frequência conforme a ambulância se aproxima, depois, com menos frequência, à medida que passa.

"O efeito doppler rotacional é semelhante, mas o efeito está confinado a um espaço circular. As ondas sonoras torcidas mudam de tom quando medidas do ponto de vista da superfície giratória. Se a superfície girar rápido o suficiente, a frequência do som pode fazer algo muito estranho - pode ir de uma frequência positiva para uma negativa, e, ao fazer isso, roubar um pouco da energia da rotação da superfície. "

À medida que a velocidade do disco giratório aumenta durante o experimento dos pesquisadores, o tom do som dos alto-falantes cai até ficar muito baixo para ser ouvido. Então, o tom sobe novamente até atingir o tom anterior, mas mais alto, com amplitude de até 30% maior do que o som original proveniente dos alto-falantes.

Marion acrescentou:"O que ouvimos durante nosso experimento foi extraordinário. O que está acontecendo é que a frequência das ondas sonoras está sendo alterada por doppler para zero à medida que a velocidade de rotação aumenta. Quando o som começa a aumentar novamente, é porque as ondas mudaram de uma frequência positiva para uma frequência negativa. Essas ondas de frequência negativa são capazes de tirar parte da energia do disco de espuma giratório, tornando-se mais alto no processo - exatamente como Zel'dovich propôs em 1971. "

Professora Daniele Faccio, também da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Glasgow, é co-autor do artigo. O professor Faccio acrescentou:"Estamos entusiasmados por termos sido capazes de verificar experimentalmente algumas físicas extremamente estranhas meio século depois que a teoria foi proposta pela primeira vez. É estranho pensar que fomos capazes de confirmar uma teoria de meio século de idade com origens cósmicas aqui em nosso laboratório no oeste da Escócia, mas achamos que abrirá muitas novas avenidas de exploração científica. Estamos ansiosos para ver como podemos investigar o efeito em diferentes fontes, como ondas eletromagnéticas em um futuro próximo. "

O artigo da equipe de pesquisa, intitulado "Amplificação de ondas de um corpo em rotação, "é publicado em Física da Natureza .