实验室模拟黑洞能量提取效应

研究人员首次在实验室中观察到弗洛凯（Floquet）状态下的旋转超辐射现象，这一成果发表于 7 月 8 日的《自然》杂志。该实验证实了长期以来停留在理论层面的彭罗斯-泽尔多维奇过程——即旋转系统能够将能量传递给特定旋转属性的波，并使其放大。

从理论到桌面实验

彭罗斯过程由罗杰·彭罗斯于 1969 年提出，描述如何从旋转黑洞的能层中提取能量。雅科夫·泽尔多维奇在 1970 年代初扩展了这一理论，预言任何旋转吸收体只要转速足够快，就能放大携带角动量的电磁波。数十年来，这一效应一直难以通过实验验证。

纽约市立大学高级科学研究中心光电子团队的哈迪塞·纳萨里、哈迪·穆萨与安德烈亚·阿卢领导了这项新研究。他们绕开了物理旋转物体的需求，转而构建了一个具有时空调制的环网络——通过系统内精心调整的时间变化来模拟旋转。这种弗洛凯方法让研究人员观测到了电磁模式的超辐射放大，证实了旋转介质可将能量传递给散射波的核心预测。

基于先行突破

这项成果延续了实验探索的进程。2020 年，格拉斯哥大学的马里昂·克朗布团队用扭曲声波和旋转泡沫圆盘验证了彭罗斯过程的关键方面，成果发表在《自然·物理》上。今年早些时候，另一支团队利用旋转金属圆柱与谐振器配对，展示了电磁“黑洞炸弹”的不稳定性，确认了泽尔多维奇效应的指数放大。

本次的弗洛凯方法不同之处在于完全消除了机械旋转，转而依靠随时间变化的电磁参数创造“合成运动”。这为在紧凑光子系统中研究旋转超辐射开辟了新途径。

物理与技术的启示

该实验将天体物理理论与光子学工程连接起来。尽管从真实黑洞中提取能量仍遥不可及，但在受控环境中理解超辐射现象，有望为新型放大器和发生器设计提供参考。这项工作也为探索旋转框架中波-物质相互作用的深层问题提供了试验平台——此前这些问题只能通过数学计算和遥远天文观测来研究。