Теоретически, мы могли бы использовать высокоэнергетические лазеры для создания наших собственных искусственных черных дыр, потенциально улавливающих огромную энергию, которую они излучают.
Ключевые выводы
- Мы думаем, что черные дыры традиционно образуются, когда материя упакована настолько плотно, что создаваемая ими гравитация не позволяет даже свету покинуть их горизонт событий.
- Однако Эйнштейн показал, что энергия и материя эквивалентны; вместо того, чтобы брать огромное количество материи, необходимой для создания черной дыры достаточного размера, мы могли бы создать ее, используя свет, известный как кугельблиц.
- Если бы у нас была технология для его улавливания, энергия кугельблиц была бы чрезвычайно полезной.
Вот рецепт создания черной дыры: начните с значительного количества водорода, достаточного для образования звезды примерно в 25 раз больше массы Солнца. Этот водород начнет гореть в гелий. Пусть звезда варится несколько миллионов лет, и у нее кончается водород для горения. Затем он начнет сжигать гелий в углерод или кислород, эти элементы будут сливаться, чтобы создавать другие в цепи различных реакций синтеза, и, в конце концов, он начнет производить железо. Железо не может производить энергию путем синтеза, поэтому у звезды закончится топливо, которое сделало ее звездой. Его масса схлопнется внутрь и отскочит от железного ядра, создав сверхновую. Если вы начали с достаточно большой звезды, то большая часть ее массы будет сосредоточена в пространстве настолько плотном, что свет не может выйти наружу, что приведет к идеально приготовленной черной дыре.
Хотя это классический рецепт, на самом деле существует несколько способов создания черных дыр, но ни один из них не является таким интересным, как кугельблиц.
Облака элементов, или туманности, оставшиеся после взрыва сверхновой. Когда звезда взрывается сверхновой, часто остается черная дыра.
НАСА
Черная дыра из света
Насколько нам известно, большинство черных дыр состоят из огромного количества материи, сконцентрированной в очень плотно упакованном пространстве. Теоретически, однако, это не должно быть так. Формула Эйнштейна E=mc 2говорит нам, что энергия эквивалентна материи, умноженной на квадрат скорости света. Что касается создания черных дыр, это имеет для нас три важных последствия: масса и энергия эквивалентны, масса содержит огромное количество энергии, запертой внутри себя, и гравитация относится к массе и энергии одинаково.
Вот где появляется kugelblitz. По-немецки «шаровая молния», kugelblitz - это черная дыра, состоящая из света, а не из материи. Под светом мы подразумеваем любое излучение. Хотя у света нет массы, у него есть энергия. Поскольку гравитация относится к массе и энергии одинаково, теоретически мы можем сфокусировать достаточное количество излучения в крошечном пространстве и создать горизонт событий, область в пространстве, настолько плотно упакованную (материей или энергией), что ничто не может покинуть ее.
Если бы мы разработали лазер, испускающий гамма-лучи (наиболее энергичную форму электромагнитного излучения), который был бы на порядок мощнее любого из когда-либо созданных лазеров, и сфокусировали бы его в очень точной точке в пространстве, мы могли бы сами кугельблиц. Одиночный импульс этого лазера должен был бы излучать энергию, эквивалентную солнечной, примерно за 1/10 секунды, но теоретически мы могли бы построить такое устройство в отдаленном будущем.
Художественное изображение черной дыры.
Wikimedia Commons
Зачем нам это делать?
Мы не хотели бы делать черную дыру достаточно большой, чтобы поддерживать себя бесконечно. Все черные дыры излучают излучение Хокинга, но мы думаем, что меньшие излучают больше, чем большие. В какой-то момент маленькая черная дыра излучает столько радиации, что не может поддерживать свой размер, даже поглощая близлежащее вещество и энергию. В конце концов, маленькая черная дыра излучает себя в небытие.
Джеффри Ли из Университета Бейлора написал несколько статей о черных дырах кугельблиц, одна из которых посвящена их потенциальному практическому использованию. В статье 2015 года для журнала Британского межпланетного общества под названием «Ускорение космического корабля Schwarschild Kugelblitz» Ли излагает теоретические основы использования kugelblitz для ускорения космического корабля.
Если бы у нас была возможность окружить кугельблиц сферой Дайсона - гипотетическими структурами, обычно воспринимаемыми как окружающие и собирающие энергию звезд, - тогда мы могли бы улавливать огромное количество энергии, которую он производит, в форме излучения Хокинга. Поскольку мы хотели бы найти баланс между выходной энергией кугельблица и его продолжительностью жизни (помните, чем больше черная дыра, тем меньше излучения Хокинга она производит, тем дольше она живет, и наоборот), Ли предлагает создать кугельблиц размером с аттометр.. Это черная дыра размером в одну квинтиллионную метра.
Такая черная дыра будет «жить» около 5 лет и производить 129 петаватт мощности, или 129 миллиардов миллионов ватт. При подключении к совершенно эффективному двигателю космического корабля мы могли бы разогнаться до 72% скорости света до того, как кугельблиц умрет, что сделало бы межзвездное путешествие гораздо более осуществимым предложением.
Самая горячая вещь со времен Большого Взрыва
Могут ли кугельблиц стать двигателями космического корабля будущего? Может быть. У них также есть досадное свойство быть такими горячими, что наше нынешнее понимание физики не может предсказать, как они себя поведут. В частности, они превышают температуру Планка, которая равна 1.416808(33)×1032 кельвин, или (будьте готовы к нулям) 142, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 К.
Вот проблема: эта температура настолько высока, что математика, которую мы используем для предсказания законов физики, не работает. Дело не в том, что сама физика перестает существовать, а в том, что наше понимание слишком ограничено, чтобы точно сказать, что произойдет. Однако по мере развития наших технологических возможностей и теоретического понимания, возможно, использование кугельблиц в космических кораблях станет нашим предпочтительным методом межзвездных путешествий.