Физики успешно извлекли энергию из иллюзии сверхсветового движения по Пенроузу

Метаматериал воспроизводит движение быстрее света и усиливает электромагнитные волны, извлекая энергию из синтетического пространства-времени

Команда физиков из Центра перспективных научных исследований (ASRC) Городского университета Нью-Йорка разработала установку, которая для электромагнитных волн неотличима от объекта, вращающегося быстрее скорости света. Исследование, опубликованное в журнале Nature, впервые выносит на практическую плоскость механизм Пенроуза–Зельдовича: процесс, в ходе которого вращающееся тело передаёт энергию волне, усиливая её.

Принцип основан на концепции Роджера Пенроуза: частица, попадающая в эргосферу чёрной дыры (между горизонтом событий и пределом статичности), может разделиться таким образом, что одна часть упадёт за горизонт событий, а другая выйдет из зоны чёрной дыры с энергией, превышающей энергию исходной частицы. Яков Зельдович обобщил этот механизм и продемонстрировал, что любой объект, вращающийся с достаточно высокой частотой, способен передавать энергию падающей на него волне. Прямое экспериментальное подтверждение долгое время оставалось невозможным: механически раскрутить объект до необходимых скоростей нельзя.

Команда, возглавляемая Андреа Алу (Andrea Alu), обошла это ограничение, заменив физическое вращение синтетическим движением, которое является результатом пространственно-временной модуляции среды. Установка представляет собой кольцо из нескольких резонаторов, свойства которых изменяются во времени по строго заданной схеме, заставляя волну вести себя так, будто она движется внутри стремительно вращающегося объекта. Само устройство остаётся неподвижным, но модуляционный паттерн, движущийся по кольцу, не ограничен механическими пределами, что позволяет эффективной скорости вращения достигать сверхсветовых значений.

Когда эффективная скорость превышает скорость света, в зонной структуре такого пространственно-временного кристалла образуются запрещённые щели для углового момента. Именно здесь возникают параметрические процессы: волны, обладающие соответствующими вращательными характеристиками, начинают извлекать энергию из синтетического вращения и усиливаться.

Наш подход создает новый метод взаимодействия волны с веществом, при котором волны с заданными характеристиками извлекают энергию из синтетического вращения, обеспечивая широкополосное избирательное усиление

объяснил Алу

Авторы подчёркивают, что синтетическое движение переводит экстремальную ротационную динамику из области теории в практическое применение. Кроме своего фундаментального значения для астрофизики, волновой и квантовой физики, данная технология открывает прикладные перспективы в области коммуникаций, оптики и фотоники. Следующий этап — адаптация метода для решения практических задач обработки информации, включая квантовые системы.