През 1969 г. изтъкнатият физик Роджър Пенроуз предложи начин за извличане на енергия от въртяща се черна дупка — на пръв поглед чисто теоретична идея, която няма никакво практическо приложение. Повече от половин век по-късно изследователи от САЩ за първи път експериментално потвърдиха този ефект в лаборатория, при това без участието на черни дупки и без физическо въртене — с помощта на пръстеновидна мрежа с пространствено-времева модулация.
Пенроуз предположи, че частица може да навлезе в ергосферата на въртяща се черна дупка, да се разпадне на две части, като едната от тях ще падне зад хоризонта на събитията, а втората ще излети навън с енергия, по-голяма от тази на първоначалната частица. В началото на 70-те години на XX век Яков Зелдович разшири тази идея, като предсказа, че електромагнитните вълни могат да се усилват от всяко въртящо се поглъщащо тяло, не непременно черна дупка — стига то да се върти достатъчно бързо. Дълго време обаче не беше възможно това да се провери експериментално поради технически ограничения.
Ключовата иновация в работата, извършена от учени от Градския университет на Ню Йорк, е отказът от физическото въртене. Вместо въртящ се обект изследователите създадоха пръстеновидна мрежа от резонатори с пространствено-времева модулация: свойствата на системата се променяха във времето според строго определен закон. В резултат възниква ефект, еквивалентен на въртенето.
Механизмът на квантовия енергиен добив
Този подход, известен като ефекта на Флок, позволи да се наблюдава суперрадиантното усилване на електромагнитните моди — вълните не просто се отразяват, а излизат от системата с по-голяма енергия, отколкото са влезли, потвърждавайки прогнозата на Зелдович.
Това откритие не е първата стъпка в проверката на идеите на Пенроуз и Зелдович, но вероятно е най-елегантната. През 2020 г. екип от Университета в Глазгоу потвърди ключов аспект от процеса на Пенроуз, като използва завихрени звукови вълни и въртящ се диск от пенопласт. А в началото на 2026 г. друг екип демонстрира електромагнитна „бомба с черна дупка“ — експоненциално усилване на вълните с помощта на въртящ се метален цилиндър, поставен в резонатор.
Новият подход се отличава с това, че напълно изключва механичното въртене, като разчита изцяло на синтетичното движение, създадено чрез променящи се във времето електромагнитни параметри.
Проведеният експеримент служи като свързващо звено между астрофизичната теория и фотониката, пише Nature. Въпреки че извличането на енергия от реална черна дупка все още остава извън нашите възможности, изучаването на свръхлъчението в контролирани условия би трябвало да помогне за разработването на усилватели и генератори, които са от съществено значение.
Освен това, изследването отваря възможности за проучване на фундаментални въпроси, свързани с взаимодействието на вълните с материята във въртящи се системи на отсчет, които досега можеха да се изучават само чрез математическо моделиране и астрономически наблюдения.