Наука невозможного: как добыть энергию изчерных дыр

Нет ничего, что всегда в отечественной Вселенной. В весьма отдаленном будущем, к примеру через 1025 лет, погаснут все звезды, распадутся самые долгоживущие радиоактивные атомы, квазары переработают в излучение практически целый космический газ и также навеки затухнут. В быстро пустеющей из-за расширения пространства Вселенной останутся те холодные и чёрные дыры тела (от остывших нейтронных звезд и белых карликов до планет и планетоидов всех размеров), каковые эти дыры пока не успеют заглотить.

По крайней мере, такую судьбу предсказывает стандартная модель современной космологии. И в случае если во Вселенной сохранятся одиночные и одинокие (все из-за того же расширения пространства) цивилизации, им нужно будет извлекать энергию из черных дыр, потому, что никаких вторых возможностей уже не останется.

Адам Браун, физик, Стэнфордский университет

«Моя работа не выходит за рамки чисто мысленного опыта. В частности, я кроме того не пробовал представить, какие конкретно формы судьбы имели возможность бы пережить затухание звезд. Иначе, я надеялся на прекрасно созданную теорию хокинговского излучения и современные предположения теории струн.

Эти предположения отличаются друг от друга, но выводы сохраняют собственную силу в любом случае: чернодырным излучением никакую цивилизацию не согреешь. И дело тут не в недочёте изобретательности, а просто в ограничениях, каковые накладывают основные законы природы — по крайней мере, как мы их на данный момент понимаем».

Взорвать дыру

Один таковой метод в далеком прошлом известен. В случае если дыра вращается, она, в соответствии с ОТО (неспециализированной теории относительности) увлекает за собой окружающее пространство. Данный эффект возможно применять чтобы получить энергию чисто механическим методом. Этот метод надежен, но не через чур эргономичен, потому, что механическую энергию не так.

К тому же он заведомо негоден, в случае если дыра не вращается либо вращается через чур медлительно.

Куда лучше вынудить ее уступить малую толику энергии в виде электромагнитного излучения. И это вероятно: лет сорок назад Стивен Хокинг продемонстрировал, что горизонт черной дыры непрерывно излучает фотоны, спектр которых совершенно верно соответствует спектру полностью тёмного тела. Действительно, их температура практически в любое время низка — для дыры солнечной массы она образовывает всего 5•10-8 К, а для черных дыр в центрах галактик — еще в миллиарды и миллионы раз меньше.

Потому, что излучающая дыра теряет массу, она нагревается, светит все бросче и в итоге взрывается, выделяя огромную энергию. Хороший источник энергии, не так ли? Имеется, действительно, одно «но»: данный процесс весьма медленный, а также скромная дыра солнечного калибра может стать настоящим источником энергии где-то через 1065 лет по окончании собственного рождения.

Никакая цивилизация столько не протянет.

Фотоночерпалка

Но имеется и вторая возможность, которую разглядел физик из Стэнфордского университета Адам Браун. Все дело в том, что окрестность черной дыры покидают отнюдь не все частицы хокинговского излучения. Кое-какие из этих фотонов в действительности улетают в бесконечность, но в основном они захватываются гравитационным полем дыры и возвращаются к горизонту событий.

Вращение дыры не только не ликвидирует данный эффект, но кроме того его усиливает. В следствии вблизи горизонта накапливаются фотоны, среди них и достаточно тёплые. Извлечь их несложно. Опустим на прочном тросе к горизонту «фотоночерпалку» — контейнер с зеркальными стенками, заполним его излучением, закроем и поднимем наверх.

Нет ничего, что мешает раз за разом повторять эту операцию, перевоплотив дыру в фактически неиссякаемый источник полезнейшей лучевой энергии.

Но никакая сталь, никакие сверхпрочные полимеры а также углеродные нанотрубки, прочность которых на большое количество порядков превосходит узнаваемые сейчас материалы, не выдержат нагрузки — вблизи дыры они порвутся легко под действием собственного веса. Исходя из этого Браун в собственной модели остановился на самом прочном из теоретически вероятных материалов — переплетенных квантовых струнах.

Но и это не спасло конструкцию: кроме того теоретически таковой трос хватит прочным только так, дабы выдержать личный вес. Трос возможно опустить к самому горизонту и вытащить обратно, но никакого груза он уже не выдержит.

А запрещено ли обойти это препятствие? Остановим отечественный лифт ближе к верхней границе лучевой атмосферы дыры. Фотонов в том месте меньше, они холоднее, но трос подвергнется меньшим напряжениям. Таковой вариант вероятен, но ненужен: эффективность черной дыры как источника излучения близка к нулю.

Так что сверхцивилизацию будущего, наверное, ожидает вечно продолжительная холодная зима.

Излучение Хокинга

В первой половине 70-ых годов XX века Стивен Хокинг, применяя квантовый подход, предсказал, что черные дыры должны испускать излучение с тепловым спектром. Оно появляется в окрестности горизонта событий из-за сотрудничеств вакуумных флуктуаций с гравитационным полем. Вблизи горизонта рождаются и аннигилируют виртуальные пары античастиц и частиц, и вероятен случай, в то время, когда античастица будет захвачена черной дырой, а частица улетит в бесконечность.

Античастица, упавшая в черную дыру, сокращает ее полную энергию спокойствия (соответственно, массу). Из-за излучения Хокинга черные дыры теряют массу («испаряются») и в итоге погибают, но время судьбы дыр астрономических масштабов на десятки порядков больше нынешнего возраста Вселенной.

Статья «Фотонные рудники» размещена в издании «Популярная механика» (№153, июль 2015).

Случайные записи:

• Книга недели: космос эйнштейна
• Горячая сверхпроводимость

Дюжина черных дыр, выбрасывающих энергию [Стрелец А]

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Песня чёрной дыры

  Неестественная чёрная дыра симулирует излучение Хокинга посредством звуковых частиц. Чёрные дыры – сердца спиральных галактик – постоянно интригуют…

• Загадка супермассивной черной дыры

  Астрологи нашли супер-супер массивную черную дыру, масса которой образовывает беспрецедентные 59 процентов от массы всех звезд центрального компонента…

• Обнаружены три возможных убийства звезд черными дырами

  Российские астрофизики сказали об открытии трех вероятных событий приливного разрушения звезд сверхмассивными черными дырами в центрах галактик. По…

• Как опознать черную дыру

  Предложен метод отличить черные дыры от вторых объектов с сильным гравитационным полем. На данный момент астрофизики уверены в существовании в космосе…