彭罗斯机制
50多年前，英国数学物理学家与牛津大学数学系名誉教授罗杰·彭罗斯提出一种理论，可以从转动的黑洞提取能量，现在，这一理论终于得到了实验验证。
物理学家通过对所需组件的模拟，证明彭罗斯机制确实是可行的，如果我们能够开发出适当的方法的话，可以将黑洞中的一些旋转能量提取出来。
黑洞是狂野的。在一颗恒星生命周期的终结阶段，它的体积会变得非常巨大，一旦超新星化，其核心就无法再承受自身的引力，完全坍塌成一个奇点，一个密度无限的单维点。
这个奇点位于一个被称为事件地平线的区域内。在这个点上，黑洞周围的引力非常强大，以至于光速都不足以达到逃逸速度。而在事件视界之外，一个延伸的时空区域随着黑洞的旋转而被拖动，变得扭曲起来，这种效应被称为“惯性系拖拽”。
这就是彭罗斯机制的由来。1969年，罗杰·彭罗斯提出，事件地平线外的一个区域称为“啮齿层”，这里的拖帧效应最强，可以利用它来提取能量。
根据彭罗斯的计算，如果一个物体掉进了“啮齿层”，就会一分为二，其中一部分会被甩到事件视界之外。而另一部分则会在黑洞的额外作用下，向外加速。如果一切顺利的话，它从“啮齿层”出来时，能量会比进入时多出21%左右。
我们还不能直接去黑洞测试这个理论。但在1971年，苏联物理学家雅可夫·泽尔多维奇提出了一个更实用的实验：用一个旋转的金属圆柱体代替黑洞，然后向它发射扭曲的光束。如果圆柱体以合适的速度旋转，光就会被反射回来，并从圆柱体的旋转中提取额外的能量，这是由于一种叫做旋转多普勒效应造成的。
当一个旋转的光源发出波时，可以看到它，这些波根据旋转的方向而缩短和延长。朝着你旋转的那一边发出的波会显得缩短，而远离旋转的那一边发出的波则会显得延长。这就是天文学家衡量恒星和星系旋转的方法。
泽尔多维奇的方法只存在一个问题。旋转圆柱体的速度至少需要每秒旋转10亿次。
于是这件事就这样搁置了，直到苏格兰格拉斯哥大学物理与天文学学院的一个物理学家设计了一个新的实验，他们没有使用光波，而是使用了声波。
使用声波证明可以从黑洞获取能量
实验由一个环形扬声器组成，在声波中引入扭曲，类似于泽尔多维奇实验中的扭曲光。黑洞是用一个泡沫圆盘制成的旋转吸音器模拟，当声波击中它时，它的旋转速度会加快。圆盘另一边的麦克风阵列会在声波通过圆盘后进行探测。
证实彭罗斯过程是通过圆盘的声波的音调和振幅的变化。格拉斯哥大学的物理学家和天文学家马里恩·克朗布解释说：“当从旋转表面的角度测量时，扭曲的声波会改变其音调，如果表面旋转的速度足够快，那么声音频率就可以做一些非常奇怪的事情，它可以从一个正频率变成一个负频率，并以此从表面的旋转中窃取一些能量。”
随着圆盘旋转的加速，麦克风上的声音音调降低，直到听不清。然后，它又开始上升回到原来的音调，但比扬声器发出的声音大30%。声波从旋转的圆盘中获得了额外的能量。
实验装置
克朗布说：“我们在实验过程中听到声音是不同寻常的。随着自旋速度的增加，声波的频率正在被多普勒效应转移到零。当声音再次开始回升时，那是因为声波已经从正频率转移到了负频率。这些负频波能够从旋转的泡沫盘中获取部分能量，在这个过程中变得更响亮，就像泽尔多维奇在1971年提出的那样。”
这项研究是在理解黑洞方面迈出的相当棒的一步，该团队计划将这项研究扩展到光。
这项研究还表明，如果你有合适的工具，在实验室环境中就能探索黑洞的极端特性，而不需玻色-爱因斯坦凝聚体。
该研究已发表在《自然物理学》上。
