Thành công mô phỏng trích xuất năng lượng từ hố đen

Một ý tưởng lý thuyết lâu đời thành một thí nghiệm thực tiễn, truyền cảm hứng cho những tiến bộ trong quang học, truyền thông không dây và khoa học lượng tử.

Hơn 50 năm trước, nhà vật lý Sir Roger Penrose đã đề xuất một ý tưởng đáng chú ý: trong điều kiện thích hợp, có thể trích xuất năng lượng từ một lỗ đen quay nhanh.

Theo khái niệm của ông, một hạt đi vào vùng ergosphere của lỗ đen, một vùng mà không thời gian bị kéo theo bởi sự quay của vật thể, có thể tách thành hai. Một mảnh sẽ rơi vào lỗ đen trong khi mảnh kia thoát ra mang theo nhiều năng lượng hơn hạt ban đầu.

Sau đó, nhà vật lý Yakov Zel'dovich đã mở rộng khái niệm này, dự đoán rằng các sóng tương tác với một vật thể quay đủ nhanh cũng có thể thu được năng lượng và được khuếch đại.

1000034299.jpg
Các hố đen chứa đựng nguồn năng lượng khủng khiếp.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Tiên tiến thuộc Trung tâm Sau đại học CUNY (CUNY ASRC) đã chứng minh một phương pháp thực nghiệm lấy cảm hứng từ những lý thuyết lâu đời đó.

Trong bài báo đăng trên tạp chí Nature, nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng có thể khuếch đại sóng bằng cách sử dụng một thiết bị mô phỏng sự quay cực độ mà không cần quay vật lý.

Thay vì xoay một vật thể bằng cơ học, các nhà nghiên cứu đã chế tạo một thiết bị tần số vô tuyến có các đặc tính thay đổi nhanh chóng cả trong không gian và thời gian.

Hệ thống được thiết kế tỉ mỉ này tạo ra ảo giác về sự quay siêu nhanh, đạt tốc độ quay hiệu quả vượt xa khả năng của các hệ thống cơ học thông thường. Bằng cách thay thế chuyển động vật lý bằng chuyển động quay nhân tạo, các nhà nghiên cứu đã vượt qua những thách thức đã hạn chế các nghiên cứu thực nghiệm về vật lý quay cực độ trong nhiều thập kỷ.

"Cách tiếp cận của chúng tôi tạo điều kiện cho một phương pháp tương tác sóng-vật chất mới, trong đó các sóng có đặc tính quay được chọn lọc sẽ trích xuất năng lượng từ chuyển động quay được điều chỉnh theo thời gian, tạo ra một dạng khuếch đại chọn lọc băng thông rộng," Andrea Alù, giáo sư chính của nghiên cứu, Giáo sư danh dự và Giáo sư Vật lý Einstein tại Trung tâm Sau đại học CUNY và giám đốc sáng lập Sáng kiến ​​Quang tử của CUNY ASRC, cho biết.

1000034297.jpg
Sơ đồ thiết lập các thiết bị trong thí nghiệm mô phỏng trích xuất năng lượng.

Nhờ khả năng mô phỏng chuyển động vượt quá tốc độ ánh sáng, các nhà nghiên cứu hiện đã có một nền tảng phòng thí nghiệm được kiểm soát để khám phá các chế độ vật lý mà nếu không sẽ không thể nghiên cứu trực tiếp.

Công trình này tạo ra những cơ hội mới để nghiên cứu vật lý cực đoan, đồng thời hướng đến những tiến bộ trong tương lai về truyền thông không dây, quang học, quang tử và công nghệ lượng tử.

Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng cần thêm nhiều công việc nữa trước khi những ý tưởng này có thể được chuyển hóa thành các thiết bị thực tế.

Họ cũng tin rằng các nguyên tắc tương tự có thể được áp dụng cho các hệ thống quang tử và lượng tử, mở ra những khả năng mới để kiểm soát ánh sáng, xử lý thông tin và nghiên cứu hành vi sóng lấy cảm hứng từ một số môi trường khắc nghiệt nhất trong vũ trụ.

Điều gì sẽ xảy ra nếu hố đen và sao neutron va chạm.

Hai hố đen hợp nhất: Sự kiện làm rung chuyển không-thời gian

Khi hai vật thể tối tăm và bí ẩn nhất vũ trụ lao vào nhau, chúng tạo nên một trong những sự kiện dữ dội nhất từng được biết đến.

Hố đen vốn nổi tiếng vì khả năng nuốt chửng mọi thứ, kể cả ánh sáng. Nhưng điều kỳ lạ là khi hai hố đen gặp nhau, chúng không tạo ra một vụ nổ khổng lồ như nhiều người vẫn tưởng. Thay vào đó, chúng thực hiện một "điệu nhảy tử thần" kéo dài hàng triệu, thậm chí hàng tỷ năm trước khi hợp nhất thành một hố đen lớn hơn.

'Âm thanh cuối cùng' phát ra từ hố đen hé lộ những khám phá bất ngờ

Các nhà vật lý đã tách biệt được “âm thanh cuối cùng” của một vụ va chạm hố đen, mang đến cái nhìn chưa từng có về khu vực ngay sát chân trời sự kiện.

Các nhà khoa học đã tìm thấy bằng chứng cho thấy sóng hấp dẫn từ một vụ va chạm lỗ đen ngoạn mục mang theo tín hiệu xuất phát từ rìa của lỗ đen vừa hình thành.

hero-imagefit-limsize-1600x900v1757687645.jpg
Một vụ sáp nhập lỗ đen được phát hiện vào ngày 14/1/2025 có tên GW250114. - Minh họa: K. Thorne (Caltech) và T. Carnahan (NASA GSFC))

Hố đen nặng gấp 4 triệu Mặt Trời đang nằm ngay giữa thiên hà của chúng ta

Cách Trái Đất khoảng 27.000 năm ánh sáng, một "quái vật vô hình" đang lặng lẽ thống trị trung tâm Dải Ngân Hà bằng lực hấp dẫn khổng lồ.

Ở chính giữa thiên hà mà Hệ Mặt Trời đang cư ngụ tồn tại một hố đen siêu khối lượng mang tên Sagittarius A* (đọc là "Sagittarius A-star", viết tắt là Sgr A*). Dù không thể quan sát trực tiếp bằng kính thiên văn thông thường, đây được xem là "trái tim" của Dải Ngân Hà, nơi lực hấp dẫn mạnh đến mức chi phối chuyển động của hàng triệu ngôi sao trong vùng trung tâm.

Đọc nhiều nhất

Tin mới