Чорні діри можуть забезпечити нас безмежною енергією: фізики з'ясували, як її отримати
Чорні діри можуть бути джерелом чистої і практично безмежної енергії, які можуть вирішити енергетичні проблеми людства в майбутньому. Фізики розповіли, яким чином можна отримати цю енергію.
Дослідження опубліковано на сервері препринтів arXiv, пише Space.
Коли чорні діри оточені матерією, яку вони потім поглинають, то ці об'єкти створюють найенергійніші явища у відомому Всесвіті, включаючи квазари. Вчені вважають, що витягти енергію з чорної діри, що обертається, можливо, і таким чином цей об'єкт може стати джерелом чистої і безмежної енергії для людства в майбутньому.
У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!
Енергія чорної діри
Енергія, яку можна витягувати з чорних дір, що обертаються, — це кінетична енергія, яка підтримує їхнє обертання. Такі чорні діри можуть обертатися зі швидкістю, близькою до швидкості світла і жоден об'єкт у Всесвіті не може цього робити з такою швидкістю.
Коли чорні діри обертаються, їхня величезна гравітація тягне за собою саму тканину простору в процесі, відомому як ефект Лензе-Тіррінга. Тобто об'єкти і матерія, що оточують чорну діру, не можуть залишатися на місці. За словами фізиків, найпростіша форма енергії — це та, що пов'язана з рухом, тобто кінетична енергія, яка залежить від швидкості. Чорна діра, що обертається, має обертальну кінетичну енергію, і, тягнучи за собою простір, вона передає свою обертальну енергію об'єктам у своєму оточенні.
Механізм вилучення енергії чорної діри можна побачити у квазарах. Це надмасивні чорні діри з масами в мільйони і мільярди разів більшими за масу Сонця, оточені хмарою газу і пилу, так званим аккреційним диском.
Під час обертання акреційного диска різні частини диска труться одна об одну, перетворюючись на плазму при температурах, що досягають мільйонів градусів Цельсія, що призводить до викиду великої кількості випромінювання. У міру обертання матеріал в аккреційному диску поступово потрапляє в надра чорної діри.
Матеріал, який не поглинає чорна діра, може бути спрямований до її полюсів потужними магнітними полями. Там він прискорюється до швидкостей, що наближаються до швидкості світла. Ця матерія викидається у вигляді енергетичних струменів, відомих як релятивістські струмені, по одному з кожного полюса.
Оскільки чорна діра, що обертається, передає енергію своєму оточенню, джерело цієї енергії, яким є її обертання, виснажується, що означає, що чорна діра обертається дедалі повільніше, доки не перестане обертатися повністю.
Як отримати енергію чорної діри?
Учені вважають, що найпростішою формою вилучення енергії чорної діри є пряме використання випромінювання квазарів. Але в цьому разі ми будемо витягувати не обертальну енергію, а теплову енергію, вироблену обертанням.
Вилучення обертальної енергії чорної діри буде складнішим процесом. Вчені пропонують уявити собі карусель, яка обертається тільки за інерцією. Тобто після отримання початкового імпульсу вона продовжує обертатися, навіть якщо джерело обертання зупинено. Якщо кинути м'яч в одну з каруселей проти напрямку обертання, м'яч відскочить назад, набравши більшу швидкість, ніж спочатку. У результаті карусель втратить частину своєї швидкості обертання. Це означає, що додаткова кінетична енергія м'яча виходить з обертальної кінетичної енергії каруселі. Те саме може статися і з чорною дірою, якщо запустити в неї потік частинок, і в такий спосіб можна витягти енергію з чорної діри за рахунок її обертання.
Але є одна велика проблема. Для того, щоб отримати енергію чорної діри, людство має стати неймовірно розвиненою цивілізацією з дуже просунутими технологіями.
Є і ще одна проблема. Для вилучення енергії з чорної діри, що обертається, потрібно, щоб один із цих об'єктів перебував поруч із нами, а, наскільки відомо, у Сонячній системі або поруч із нею немає чорних дір. Тому, якщо люди захочуть використовувати енергію цих об'єктів, доведеться здійснити міжзоряну подорож. Це може стати можливим у далекому майбутньому, кажуть фізики.
Як уже писав Фокус, вчені вирішили 40-річну загадку квантової фізики. Фізики зробили великий прорив у розумінні квантової заплутаності, повністю описавши статистику, яку вона може виробляти. По суті, фізики зламали код квантового світу.