Experimento confirma cómo una civilización alienígena podría aprovechar la energía de los agujeros negros

Una teoría, que ya tiene 50 años de antigüedad, especula sobre la manera en que una civilización alienígena avanzada podría usar los agujeros negros para generar energía. Ahora, por primera vez, ha sido verificada en un laboratorio de Glasgow.

En 1969, el físico británico Roger Penrose sugirió que la energía podría ser generada al hacer descender un objeto hasta la ergosfera de un agujero negro (la capa exterior del horizonte de sucesos), donde tendría que moverse más rápido que la luz para permanecer inmóvil.

Penrose predijo que el objeto adquiriría una energía negativa en esta área inusual del espacio, al arrojarlo allí y dividirlo en dos, de manera que una de las mitades caiga en el agujero negro mientras que la otra es recuperada. El retroceso generado por esta acción mediría una pérdida de energía negativa —efectivamente, la mitad recuperada ganaría energía extraída de la rotación del agujero negro—.

Sin embargo, el desafío de ingeniería para este proceso sería tan enorme que el científico británico sugirió que solo una civilización alienígena muy avanzada podría lograrlo.

Dos años más tarde, otro físico llamado Yakov Zel’dovich dijo que la teoría podía ser puesta a prueba mediante un experimento práctico y mundano. Propuso que ondas de luz «torcidas», chocando contra la superficie de un cilindro de metal rotando a la velocidad adecuada, terminarían siendo reflejadas con energía adicional extraída del propio movimiento del cilindro gracias a la peculiaridad del efecto doppler rotatorio.

No obstante, la idea de Zel’dovich ha permanecido en el reino teórico desde 1971, dado que para que su experimento funcione se requiere que el cilindro de metal rote a una velocidad de al menos mil millones de veces por segundo —otro infranqueable desafío para los actuales límites de la ingeniería humana—.

Pero ahora, investigadores del Instituto de Física y Astronomía de la Universidad de Glasgow han encontrado finalmente una manera de demostrar el efecto que Penrose y Zel’dovich propusieron al torcer el sonido en lugar de la luz —una fuente de mucha menor frecuencia y por ende más práctica para una demostración de laboratorio—.

En el nuevo estudio, publicado hoy en la revista Nature Physics, el equipo describe cómo construyeron el sistema, el cual utilizó un pequeño anillo de altavoces para crear la torsión de las ondas sonoras análogas.

Estas ondas fueron dirigidas hacia un disco absorbente rotatorio hecho de gomaespuma. Un set de micrófonos detrás del disco recogió el sonido de los altavoces a medida que atravesaba el disco, lo que aumentó la velocidad de su giro.

Cuando los científicos escucharon para ver si se cumplía lo dicho por Penrose, hubo un distintivo cambio de frecuencia y amplitud de las ondas de sonido que viajaron a través del disco, causado por el efecto doppler.

«La versión linear del efecto doppler es familiar para la mayoría de la gente. El fenómeno ocurre, por ejemplo, cuando la sirena de una ambulancia parece elevar su tono a medida que se acerca a quien la está oyendo, pero disminuye al alejarse. Parece elevarse porque las ondas de sonido alcanzan el oído más frecuentemente al aproximarse y viceversa una vez que ya pasó», explica Marion Cromb, estudiante de la universidad.

«El efecto doppler rotativo es similar pero está confinado a un espacio circular. Las ondas de sonido torcidas cambian su tono cuando son medidas desde el punto de vista de la superficie giratoria. Si la superficie rota lo suficientemente rápido entonces la frecuencia del sonido hace algo realmente extraño: va de una frecuencia positiva a una negativa, y al hacerlo le roba algo de energía a la superficie que rota».

Cuando se aumentó la velocidad del disco rotatorio durante el experimento, el tono del sonido de los altavoces cayó hasta ser demasiado bajo para ser escuchado. Entonces, el tono volvió a elevarse hasta que alcanzó su estado previo —pero más fuerte, con una amplitud hasta 30 % superior que el sonido original de los altavoces—.

«Lo que hemos escuchado durante nuestro experimento es extraordinario. Lo que pasó fue que la frecuencia de las ondas de sonido cambió a cero a medida que la velocidad de giro se incrementó. Cuando el sonido comenzó de nuevo, fue debido a que las ondas habían cambiado de una frecuencia positiva a una negativa. Y estas ondas positivo-negativas fueron capaces de tomar algo de la energía del disco de gomaespuma rotante, volviéndose más fuertes en el proceso; tal como lo predijo Zel’dovich en 1971», precisó Cromb.

«Estamos asombrados de haber podido verificar experimentalmente una física en extremo rara y de medio siglo de antigüedad. Y más extraño aún es que lo hayamos hecho en nuestro laboratorio de Escocia, pero pensamos que esto abrirá un montón de nuevas avenidas de exploración científica. No podemos esperar a intentar lo mismo pero con diferentes fuentes, tales como ondas electromagnéticas, en el futuro», concluyó el Prof. Daniele Faccio, coautor del estudio.

Fuente: Phys.org. Edición: MP.