物理学家在实验室中再现黑洞能量提取过程
50多年前，物理学家罗杰·彭罗斯爵士提出了一个非凡的想法：在适当条件下，可以从快速旋转的黑洞中提取能量。根据他的概念，当粒子进入黑洞的能层时，可以分裂成两部分——一部分坠入黑洞，另一部分携带更多能量逃逸出来。
后来，物理学家雅可夫·泽尔多维奇扩展了这一概念，预测波与高速旋转的物体相互作用时也可以获得能量并被放大。如今，纽约城市大学高级科学研究中心的研究团队在《自然》杂志上发表了实验成果，展示了一种受这些经典理论启发的实验方法。
合成旋转模拟极端物理
研究人员并非通过机械方式旋转物体，而是构建了一个射频装置，其特性在空间和时间上快速变化。这种精心设计的系统创造了超快旋转的假象，达到了远超传统机械系统所能实现的有效转速。通过用合成旋转替代物理运动，研究人员克服了数十年来限制极端旋转物理学实验研究的挑战。
“我们的方法促成了波-物质相互作用的新方式，具有选定旋转特性的波从合成的时变旋转中提取能量，产生宽带选择性放大效应，”首席研究员、纽约城市大学杰出教授兼爱因斯坦物理学教授安德烈亚·阿卢表示。
第一作者、博士后研究员哈迪塞·纳萨里表示，这项实验将长期以来的理论概念转化为实用的研究工具：”这一成功实验将关于极端旋转动力学的思想从理论带入实践，为探索天体物理学、波物理学和量子科学交叉领域的一系列广泛现象创建了一个多功能实验平台。”
实验原理
研究人员要回答一个基本问题：与完全静止的装置相互作用的电磁波，能否表现得像是遇到了以超快速度旋转的物体，并从中提取能量？
为了探究这个问题，他们构建了一个电子谐振器环，其属性在精心同步的序列中快速调整。虽然硬件本身从未移动，但这些定时调节模拟了旋转效应，使得波能够从系统中获取能量——这在地球上的常规条件下通常是不可行的。
彭罗斯和泽尔多维奇提出的机制依赖于多普勒效应的一种特殊形式——在极端旋转条件下，波的频率可以被转换为负值，从而从旋转物体中提取能量。该实验证实了这种效应可以用合成运动而非物理旋转来实现。
这项研究的成果可能在多个领域产生广泛影响：为下一代无线通信系统提供新型放大机制；开发新型光学设备和光子技术；推进对量子尺度上波与物质相互作用的基本理解。
本文转载自 ScienceDaily，原文发表于2026年7月12日。
原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2026/07/260711010120.htm
期刊来源：Nature, 2026.