ฟิสิกส์หลุมดำที่สร้างขึ้นในห้องแล็บ: การปฏิวัติในด้านพลังงานและเทคโนโลยีคลื่น

นักฟิสิกส์ที่ศูนย์วิจัยวิทยาศาสตร์ขั้นสูง (ASRC) แห่ง CUNY ประสบความสำเร็จในการจำลองกลไกการสกัดพลังงานขั้นสูงสุดของหลุมดำที่กำลังหมุนภายในสภาพแวดล้อมห้องปฏิบัติการที่หยุดนิ่ง การใช้เมตาวัสดุ (metamaterials) เพื่อจำลองการหมุนที่เร็วกว่าแสง (superluminal rotation) ทำให้การค้นพบครั้งสำคัญนี้เปลี่ยนผ่านดาราศาสตร์ฟิสิกส์เชิงทฤษฎีเข้าสู่ขอบเขตของเทคโนโลยีที่ใช้งานได้จริงและสามารถขยายขนาดได้

การจำลองกระบวนการเพนโรส (Penrose Process) โดยไม่ต้องมีการเคลื่อนที่ทางกายภาพ

เป็นเวลากว่าห้าทศวรรษที่ "Penrose Process"—ทฤษฎีที่เสนอโดย Sir Roger Penrose เจ้าของรางวัลโนเบลในปี 1969—ระบุว่าเราสามารถเก็บเกี่ยวพลังงานจาก ergosphere ของหลุมดำได้ ในธรรมชาติ สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการหมุนของหลุมดำจะลากเอากาลอวกาศ (space-time) ตามไปด้วย ทำให้พาร์ทิเคิลสามารถหลุดรอดออกมาพร้อมกับพลังงานที่มากกว่าตอนที่เข้าไป อย่างไรก็ตาม การทดสอบเรื่องนี้บนโลกเป็นไปไม่ได้มาก่อน เนื่องจากไม่มีอุปกรณ์เชิงกลใดที่สามารถหมุนได้เร็วพอที่จะจำลองแรงเหล่านี้ได้โดยไม่แตกสลายไปเสียก่อน

ทีม CUNY ASRC นำโดยหัวหน้าโครงการวิจัย Andrea Alù ได้ก้าวข้ามข้อจำกัดทางกายภาพนี้โดยใช้ "การหมุนเทียม" (artificial rotation) แทนที่จะหมุนวัตถุทางกายภาพ พวกเขาได้สร้างวงแหวนความถี่วิทยุแบบหยุดนิ่งที่ประกอบขึ้นจากเมตาวัสดุขั้นสูง ด้วยการกำหนดจังหวะการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางไฟฟ้าของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อย่างแม่นยำ นักวิจัยได้สร้างรูปแบบคลื่นที่เคลื่อนที่ซึ่งเลียนแบบวัตถุที่หมุนเร็วกว่าความเร็วแสง สิ่งนี้ช่วยให้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถปฏิสัมพันธ์กับระบบและออกมาในรูปแบบที่ขยายสัญญาณให้แรงขึ้น ซึ่งเป็นการพิสูจน์กระบวนการ Penrose-Zel'dovich ในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้สำเร็จ

จากดาราศาสตร์ฟิสิกส์สู่ควอนตัมคอมพิวติ้งและการป้องกันประเทศ

แม้ว่าการทดลองนี้จะเป็นหน้าต่างที่เปิดไปสู่ปรากฏการณ์ที่รุนแรงที่สุดในจักรวาล แต่คุณค่าที่แท้จริงของมันอยู่ที่การประยุกต์ใช้บนโลก ความสามารถในการขยายสัญญาณคลื่นเฉพาะเจาะจงผ่านการหมุนเทียมแบบไม่เคลื่อนที่ได้เปิดพรมแดนใหม่สำหรับการปฏิสัมพันธ์ระหว่างคลื่นและสสาร

ทีมวิจัย ซึ่งรวมถึงผู้เขียนร่วม Hady Moussa และผู้เขียนหลัก Hadiseh Nasari ได้ระบุภาคส่วนที่มีผลกระทบสูงหลายภาคส่วนสำหรับเทคโนโลยีนี้:

• การสื่อสารไร้สายและเรดาร์: ความสามารถในการขยายสัญญาณแบบเลือกช่วงความถี่กว้าง (broadband selective amplification) อาจนำไปสู่เครือข่ายไร้สายความเร็วสูงที่มีประสิทธิภาพสูงสุด และระบบเรดาร์ที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น
• ทัศนศาสตร์ขั้นสูงและโฟโตนิกส์: ด้วยการควบคุมการเคลื่อนที่ของแสงผ่านชิปคอมพิวเตอร์ เทคโนโลยีนี้อาจปฏิวัติความเร็วในการประมวลผลข้อมูล
• วิทยาศาสตร์ควอนตัม: แพลตฟอร์มนี้เป็นสภาพแวดล้อมที่หลากหลายในการสำรวจจุดตัดระหว่างฟิสิกส์ของคลื่นและกลศาสตร์ควอนตัม

ที่น่าสังเกตคือ โครงการนี้ได้รับการสนับสนุนอย่างมีนัยสำคัญจากกระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ (DoD) และมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (National Science Foundation) ซึ่งเน้นย้ำถึงความสำคัญเชิงยุทธศาสตร์ของเทคโนโลยีนี้ในด้านการประมวลผลสัญญาณและสงครามอิเล็กทรอนิกส์

นัยสำคัญเชิงยุทธศาสตร์ต่ออธิปไตยทางเทคโนโลยีของอินเดีย

ในขณะที่การแข่งขันระดับโลกเพื่อความเป็นเลิศด้านควอนตัม (quantum supremacy) และการครอบครองเทคโนโลยี 6G กำลังทวีความรุนแรงขึ้น การพัฒนานี้ส่งสัญญาณถึงการเปลี่ยนแปลงในวิธีที่ฟิสิกส์พื้นฐานสามารถถูกนำมาใช้เป็นอาวุธเพื่อความได้เปรียบทางเทคโนโลยี สำหรับอินเดียซึ่งกำลังลงทุนอย่างหนักในภารกิจควอนตัมแห่งชาติ (National Quantum Mission) และการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ภายในประเทศ การค้นพบที่ยิ่งใหญ่เช่นนี้ถือเป็นเกณฑ์มาตรฐานที่สำคัญ

สิ่งนี้มีความหมายอย่างไรต่ออินเดีย

• ความทะเยอทะยานด้านควอนตัมและเซมิคอนดักเตอร์: ในขณะที่อินเดียพยายามสร้างระบบนิเวศเซมิคอนดักเตอร์ภายในประเทศที่แข็งแกร่ง การเชี่ยวชาญในการควบคุมคลื่นโดยใช้เมตาวัสดุจะเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการพัฒนาโปรเซสเซอร์ความเร็วสูงยุคถัดไปและลิงก์การสื่อสารควอนตัม
• การป้องกันประเทศและสงครามอิเล็กทรอนิกส์: การประยุกต์ใช้ที่มีศักยภาพในเรดาร์และการขยายสัญญาณมีความเกี่ยวข้องอย่างยิ่งกับความต้องการเชิงยุทธศาสตร์ของอินเดียในด้านขีดความสามารถทางสงครามอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูง เพื่อรักษาความเท่าเทียมในภูมิภาคอินโด-แปซิฟิก
• การจัดแนวการวิจัยเชิงยุทธศาสตร์: สถาบันวิทยาศาสตร์ของอินเดียต้องเพิ่มความสำคัญกับวัสดุแบบ "time-engineered" และเมตาวัสดุ เพื่อให้แน่ใจว่าประเทศจะไม่เป็นเพียงผู้บริโภคเทคโนโลยีเชิงลึก (deep-tech) ที่ใช้งานได้สองทาง (dual-use) ซึ่งส่งออกจากมหาอำนาจโลกเท่านั้น