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用“扭弯”的声音,验证50年前的理论

时间:2020-06-29 21:45作者:admin打印字号:

  来源:原理

  1969年,英国物理学家彭罗斯(Roger Penrose)挑出,能够经由过程将一个物体降低到暗洞的能层来产生能量。能层是暗洞事件视界的外层,在那里,物体倘若想要保持静止,就必须以比光速更快的速度移动。

  彭罗斯展望,物体将在这个不清淡的空间区域中获得负能量。倘若有人丢下一个物体,并让这个物体一分为二,其中一半落入暗洞,而另一半则被重新收回,逆冲的走为则能够测量负能量的亏损,实际上,收回的一半将从暗洞的旋转中获得能量。

 彭罗斯与他挑出的“从暗洞中获取能量”的设想。| 图片来源:University of Glasgow 彭罗斯与他挑出的“从暗洞中获取能量”的设想。| 图片来源:University of Glasgow

  然而,这一过程在工程学上来说是极大的挑衅,所以彭罗斯认为,只有非常先辈的雅致(也许是外星雅致)才有机会实现从暗洞中获取能量。

  两年后,另一位名叫泽尔众维奇(Yakov Zel‘dovich)的物理学家挑出,这个理论能够经由过程一个更实际的实验来检验。他认为,倘若有一个金属圆柱体,以正当的速度旋转,由于旋转众普勒效答的格外表象,“扭弯”的光波击中圆柱体的外观,首先会被从圆柱体旋转中获得额外的能量逆射。

泽尔众维奇和他挑出的从旋转的圆柱体中获能的思想。| 图片来源:University of Glasgow泽尔众维奇和他挑出的从旋转的圆柱体中获能的思想。| 图片来源:University of Glasgow

  大无数人也许很熟识“线性版本”的众普勒效答。比如,救护车在挨近你时,你会听到警报的音调上升,但在救护车远隔时,音调则会降低。更详细地说,当声源(或光源)相对于不悦目测者移动时,不悦目测者所授与到声波(或光波)的频率会发生转折。当源朝着授与方移动时,源的波长会变短,频率变高;倘若源的移动倾向是离授与方远往,那么波长会变长,频率降矮。

众普勒效答。| 图片来源:新原理钻研所众普勒效答。| 图片来源:新原理钻研所

  旋转众普勒效答很相通,但它仅限于圆形空间。当从旋转外观测量时,扭弯的声波会转折音调。倘若外观旋转得充满快,声波频率就会展现一些非常稀奇的表象,它能够从正频变成负频,如许做就会从外观的旋转中获得一些能量。

  原形上,处理技术研究及配套装备研发泽尔众维奇的思想是理解一些暗洞走为的关键。但是,自1971年以来,这个思想不息停顿在理论阶段,由于要想实验成功,他挑出的金属圆柱体每秒起码必要旋转10亿次,这对现在人类的工程极限来说又是一个不能逾越的挑衅。

  现在,格拉斯哥大学的钻研人员终于找到了一栽手段,用实验表清新彭罗斯和泽尔众维奇挑出的理论。他们经由过程扭弯声音,而不是光完善了实验验证。声音是一栽频率矮得众的来源,所以在操作中更为实际。这项钻研已于近日发外在《自然·物理学》上。

  钻研团队操纵一圈幼型扬声器,在声波中制造扭弯,这很相通泽尔众维奇挑出的光波的扭弯。这些扭弯的声波朝着由泡沫盘制成的旋转的汲取体。泡沫盘的旋转速度稳步挑高,泡沫盘的后方有一组麦克风,它们会在声音经由过程圆盘时授与声音。

实验体系暗示图。| 图片来源:University of Glasgow实验体系暗示图。| 图片来源:University of Glasgow 

  为了确认彭罗斯和泽尔众维奇的思想是正确的,钻研团队憧憬听到的是,由于众普勒效答的古怪影响,声波在穿过泡沫盘时的频率和振幅发生了清晰的转折。

  在实验中,随着泡沫盘旋转的速度增补,扬声器发出的音调会降低,声波的频率被众普勒频移到零。随后,声音再次展现,声波已经从正频移到了负频,音调会再次上升,直到达到之前的音高。与此同时,这些负频率波能够从旋转的泡沫盘中汲取一些能量,声音也变得更大了——振幅增补了30%。这和泽尔众维奇在1971年所预言的表象相符。

声波能够从旋转的泡沫盘中汲取一些能量,使振幅变大。| 图片来源:University of Glasgow声波能够从旋转的泡沫盘中汲取一些能量,使振幅变大。| 图片来源:University of Glasgow

  钻研人员外示,在彭罗斯和泽尔众维奇的理论挑出半个世纪后,他们非常起劲能够经由过程实验来验证一些非常非常的物理表象。尽管在现有技术程度下,直接行使光波或电磁波进走实验的难度还很大,但他们认为,相通的概念在原理上能够拓展到电磁波。他们憧憬异日能用更众差别来源追求这一效答。

  他们同时自夸,这一首先解决了基础物理学中的一个重要题目,它也将开辟很众科学追求的新途径,为今后从旋转体系中获取能量的钻研打下基础。

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