能量竊取澤爾多維奇效應在提出 50 年後透過電磁場得到證實

一個有 50 年歷史的關於電磁波的想法，即澤爾多維奇效應，已經被物理學家在實驗室中進行了測試，並被證明是正確的。

澤爾多維奇效應背後的想法來自一個奇怪的地方。 1969年，英國物理學家和數學家羅傑·彭羅斯提出，可以透過將物體降低到能層（事件視界之外的區域）並使其加速，從而竊取黑洞的部分能量，從而從黑洞中提取能量。這個想法被稱為彭羅斯過程，需要物體獲得負能量才能從黑洞中恢復——否則，你所做的就是為黑洞提供能量。

我們沒有任何方便的近距離黑洞可供研究（可能值得慶幸），但幾年後，白俄羅斯物理學家雅科夫·澤爾多維奇（Yakov Zel'dovich）提出了一種更實用的方法來測試從旋轉系統中竊取額外能量的概念。

這個想法與多普勒效應有關，多普勒效應可以使光出現取決於發射物體相對於我們的移動方式以及旋轉多普勒效應。

「大多數人都熟悉線性版本的多普勒效應，因為救護車警報器的音調在接近聽者時會升高，但在遠離聽者時會降低，從而出現這種現象。它似乎上升是因為當救護車靠近時，聲波到達聽眾的頻率更高，而當救護車經過時，聲波到達聽眾的頻率則降低。陳述關於之前的一項研究。

「旋轉多普勒效應類似，但此效應僅限於圓形空間。從旋轉表面的角度測量時，扭曲的聲波會改變其音調。如果表面旋轉得足夠快，那麼聲音頻率就會做出一些非常奇怪的事情——它可以從正頻率變為負頻率，從而從表面的旋轉中竊取一些能量。

為了測試這個想法，團隊之前從旋轉的圓盤上反射聲波，並聆聽頻率的變化，這表明能量已經從圓盤的旋轉中獲得。現在，該團隊已經利用電磁波進行了實驗。

「澤爾多維奇效應的工作原理是，如果物體以足夠快的角速度旋轉，通常會被物體吸收的具有角動量的波實際上會被該物體放大。在這種情況下，該物體是一個鋁製圓柱體，它的旋轉速度必須快於入射輻射的頻率，」克羅姆在一份報告中說。陳述關於新的研究。

「幾年前，我和同事們成功地在聲波中測試了這個理論，但直到最近的實驗為止，它還沒有在電磁波中得到證實。使用相對簡單的設備——與旋轉金屬圓柱體相互作用的諧振電路——並通過創造所需的特定條件，我們現在已經能夠做到這一點。

為了進行實驗，研究小組需要快速旋轉鋁圓柱體，以便從其角度看到扭曲波以「負頻率」進行角旋轉移動。

「放大的條件是從物體的旋轉角度來看，」克羅姆解釋。 「撞擊它的扭曲電磁場已經發生旋轉多普勒頻移，如此之大（或如此之低）以至於它們已經經歷了零並進入了『負』角頻率。負頻率意味著負吸收，這意味著放大。

研究小組希望調查這現象等級。

研究小組在論文中總結道：“這些發現為融合兩個以前互不相關領域的想法開闢了道路。” “特別是，一個啟發性的前景是在量子狀態下實現旋轉體的澤爾多維奇電磁放大，即在機械旋轉激發的量子真空中產生光子。”

該研究發表在期刊上自然通訊。