几十年前，著名物理学家罗杰·彭罗斯曾提出一个大胆设想：如果黑洞处于高速旋转状态，理论上并非只能吞噬能量，在特定条件下，它还有可能向外“释放”能量。
按照这一理论，当粒子进入旋转黑洞外围一种被称为“能层”的特殊区域后，可能会分裂成两部分。其中一部分被黑洞吞噬，另一部分则成功逃逸，并携带比原始粒子更多的能量离开。这意味着，多出来的能量实际上来自黑洞自身的旋转。这一设想后来被进一步拓展到波动领域，科学家提出，如果电磁波等波与旋转速度足够快的物体发生相互作用，同样可能获得额外能量，从而产生放大效应。
这一理论长期以来一直停留在数学推导阶段。真正的问题在于，现实世界几乎无法制造出能够达到理论要求的超高速旋转装置，因此相关实验始终难以开展。
如今，研究人员设计出一种全新的实验方案，成功绕开了这一难题。他们没有试图制造高速旋转的机械装置，而是利用一种能够快速改变内部参数的电子系统，在实验室中模拟出了类似极端旋转环境的物理效果，为验证相关理论提供了新的思路。
整个装置本身始终保持静止，没有任何机械部件高速旋转。真正发生变化的是装置内部多个电子谐振单元，它们按照精确控制的时间顺序不断改变自身状态。当这些变化沿着环形结构依次传播时，会形成一种持续移动的模式。对于进入系统的电磁波而言，这种变化并不像面对一台静止设备，而更像遇到了一件正在以极高速度旋转的物体。
换句话说，虽然实验设备没有真正转动，但电磁波“感受到”的却是一种由时间变化构建出来的旋转环境。这种方法被称为“合成旋转”，能够模拟远远超过传统机械旋转极限的效果，从而突破过去实验条件的限制。
实验结果显示，当具有特定旋转特征的电磁波进入这一系统后，能够从这种人为构建的旋转环境中获得额外能量，并表现出明显的放大现象。这一结果与几十年前提出的理论预测高度一致，也意味着利用人工模拟极端旋转环境来研究黑洞相关物理，已经从理论设想逐步走向实验验证。
研究团队表示，这种方法最大的价值，并不仅仅在于验证黑洞理论，更在于提供了一个可以反复控制、不断调整的实验平台。过去许多涉及极端天体环境的物理现象，由于无法直接接近黑洞或中子星，只能依靠计算机模拟或理论分析。而现在，科学家能够借助实验室中的人工系统，在可控条件下研究这些原本难以触及的物理过程。
由于系统能够模拟极高速度下的旋转效应，它还为探索波动传播、能量转换以及光与物质相互作用提供了新的研究手段。未来，研究人员希望借助这一平台进一步研究更多复杂现象，包括不同类型波动在极端环境中的传播规律，以及各种新型材料在特殊条件下表现出的独特性质。
除了基础科学意义，这项研究还可能带来一系列实际应用。研究人员认为，利用这种能够主动调控波传播方式的新方法，未来有望应用于无线通信、光学器件、光子学以及量子信息等多个领域。例如，在信号传输过程中实现更高效率的能量放大，或开发性能更优的新型电磁器件，都可能从这一研究中获得启发。
当然，目前这一成果仍属于基础研究阶段，距离实际应用还有不少工作需要完成。研究团队表示，接下来将继续优化实验平台，并尝试将相同原理推广到光学和量子系统中。如果能够取得进一步突破，人们或许可以更加灵活地控制光和各种波动的传播方式，同时也能在实验室里模拟更多来自宇宙极端环境中的物理过程。
从最初关于黑洞能量提取的理论设想，到如今利用人工系统实现类似物理效应，跨越了半个多世纪。这项研究不仅为验证经典理论提供了新的实验依据，也为探索极端物理现象打开了一条新的技术路径。未来，随着相关技术不断成熟，人们或许能够借助这些人工构建的“极端环境”，进一步揭示宇宙中那些至今仍充满未知的物理规律。
本文译自：sciencedaily，由olaola编辑发布
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