ブラックホールをエネルギーとして利用する地球外文明がある可能性（英研究）

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　1969年、英国の宇宙・物理学者ロジャー・ペンローズは、ブラックホールにゴミを捨てるとエネルギーを得られるという論文を発表した。

　そして彼はこう考えた。宇宙のどこかにはブラックホールをエネルギー源として利用する高度に発達した文明があるかもしれない、と。

　当時、これはあくまで思考実験のようなものだった。しかし発表から50年の歳月を経て、ついにその正しさが実証されたようだ。

ブラックホールからエネルギーを得る方法

　ブラックホールの事象の地平面の外側には、「エルゴ領域」という楕円体の領域が広がっている。ここには遠くから見てエネルギーが負になる軌道が存在し、これを利用することでブラックホールの回転エネルギーを外に取り出せると考えられている。

　具体的にはこうだ。まず、この領域に物体を落とす。そしてそれを2つに割って、それぞれをブラックホールの回転方向と逆方向に進ませる。

　逆方向に進む物体のカケラは、負のエネルギー軌道に乗せてブラックホールに落とす。もう片方の回転方向に進むカケラは、エルゴ領域から取り出して回収する。

　すると回収された物体のエネルギーは、ブラックホールの回転エネルギーを得て、2つに割れる以前よりも大きなエネルギーを持っている。その一方、ブラックホールの回転は、エネルギーを抽出された分だけ遅くなる。

　これを「ペンローズ過程」という。

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ペンローズ過程の証明法

　これはあくまで思考実験であった。だがペンローズの仮説が発表されてから2年後、ヤーコフ・ゼルドビッチというソ連の物理学者が、それを実際に検証する方法があると提唱した。

　ゼルドビッチによれば、光波をねじって、適切な速度で回転する金属シリンダーに当てればいいのだという。ペンローズ過程が正しければ、「回転ドップラー効果」のために、光波はシリンダーの回転からエネルギーを抽出しながら反射されるというのだ。

　だが、ここでまたも現実の壁が立ちはだかる。この実験を成功させるには、金属シリンダーを毎秒10億回転以上の速度で回転させねばならなかったのだ。

　これを実現するのは技術的にかなり難しく、結局ゼルドビッチの証明方法もまた理論上のものでしかなかった。

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光のかわりに音を使うことで証明が可能に

　だがグラスゴー大学（イギリス）の研究者によって、ついに実行可能な検証法が考案された。それは光のかわりに音を使う方法だ。音ならば周波数がずっと低いために、実際に実験を行うことができる。

　この実験では、スピーカーでねじれた音波を鳴らして、発泡剤で作られた回転する消音ディスクにぶつけてやる。このとき消音ディスクの裏側にはマイクを仕込んでおき、ディスクの回転を加速させながら、ぶつかってきた音を拾う。

　もしペンローズとゼルドビッチの理論が正しければ、回転ドップラー効果によって音波の周波数と振幅がはっきり変化するはずだ。

負の周波数を生み出す回転ドップラー効果

直線的なドップラー効果ならば馴染みがあるだろう。

　救急車がサイレンを鳴らしながら接近してくると、聴き手に音波が短い間隔で届くので、サイレンの音程が高まって聴こえる。反対に救急車が遠ざかるときは、音波の間隔が長くなるので、サイレンは低く聴こえる。

　回転ドップラー効果もこれに似ているが、その効果は回転する表面に限られている。

　面白いのは、回転が十分に速くなると奇妙なことが起きることだ。回転面で測定される音の周波数はどんどん低くなり、やがて正から負に変わるのだ。

　実験でディスクの回転を速くすると、スピーカーで鳴った音の音程はどんどん低くなったが、耳に聴こえなくなるほど低くなり、さらに周波数がゼロにまで達すると、今度は音程が上昇したという。

　しかも音量まで3割大きくなった。これは負の周波数を持つ音波が回転ディスクからエネルギーを奪ったからだ。

　これこそ、ゼルドビッチが1971年に予言した現象であるそうだ。

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あとはブラックホールを利用する地球外文明を探すだけ

　さて、50年のときを経て、今やペンローズ過程の正しさが証明された。

　最後に残された仕事は、ペンローズが想像したように、ブラックホールをエネルギー源として利用する地球外文明の存在を証明することだけだ。

この研究は『Nature Physics』（6月22日付）に掲載された。

Amplification of waves from a rotating body | Nature Physics
https://www.nature.com/articles/s41567-020-0944-3

References:phys/ written by hiroching / edited by parumo

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