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.

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.

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.