За допомогою сили чорної діри можна створити божевільну бомбу: у чому суть

Чорні діри являють собою найпотужніші гравітаційні об'єкти. Теоретично, якщо буде така можливість, то з чорних дір можна витягти енергію. Цю теплову і кінетичну енергію можна отримати з акреційного диска і струменів чорної діри. Але навіть якщо чорна діра перебуватиме в порожньому космосі, то енергію все одно можна отримати за допомогою процесу Пенроуза, пише ScienceAlert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Уперше спосіб вилучення енергії з обертання чорної діри запропонував фізик Роджер Пенроуз ще 53 роки тому. Цей спосіб ґрунтується на ефекті, який проявляється, коли тіло, що обертається, закручує навколишній простір так, що об'єкт, який падає на тіло, злегка переміщається по траєкторії обертання.

Подібний ефект можна виявити поруч із Землею, хоча він не так сильно проявляється, як поруч із чорною дірою. Цей ефект настільки сильний, що в регіоні чорної діри під назвою ергосфера, об'єкти можуть переміщатися навколо чорної діри зі швидкістю, що перевищує швидкість світла.

Процес Пенроуза полягає в тому, щоб влетіти в ергосферу чорної діри, яка швидко обертається, а потім випустити трохи маси або випромінювання в чорну діру. У цей час виникне обертальний удар, і він відкине в космос об'єкт, який випустив масу або випромінювання, з більшою швидкістю, ніж відбувалося зближення з чорною дірою. Але додаткова енергія, яка буде отримана, врівноважується уповільненням обертання чорної діри. Теоретично в результаті такого процесу можна отримати до 20% енергії маси чорної діри. Для порівняння, перетворення водню на гелій, тобто термоядерний синтез, дає лише 1% енергії маси.

Якщо можна теоретично витягти з чорної діри 20% енергії маси, то можна й більше, вважають автори статті, розміщеної на сервері препринтів arXiv. Варто сказати, що автори фокусують увагу на більш абстрактній ідеї чорної діри, ніж ті, що можна побачити у Всесвіті.

Звичайні чорні діри можна охарактеризувати масою, обертанням та електричним зарядом. Але у відомих чорних дір немає електричного заряду, оскільки матерія електрично нейтральна. Тому автори статті розглядають заряджені чорні діри.

Наш Всесвіт розширюється і його можна грубо описати розв'язанням рівнянь Ейнштейна під назвою космос де Сіттера. Воно описує порожній Всесвіт з позитивною космологічною постійною. А космос анти-де Сіттера буде являти собою Всесвіт з негативною космологічною постійною. У статті вчені розглядають заряджену чорну діру в космосі анти-де Сіттера.

Хоча ця стаття є повністю гіпотетичною, вона цікава в тому плані, що розглядає сценарій, який можна назвати "А що якби?". Замість того, щоб витягувати енергію з обертання чорної діри, автори розглядають, як витягувати енергію за допомогою розпаду частинок.

Використовуючи електромагнітні або інші дзеркала, частинки можуть відбиватися поруч із горизонтом подій чорної діри, і таким чином можна отримати енергію від чорної діри, доки частинки не розпадуться до енергії, яку можна використати.

Проблема з цією ідеєю полягає в тому, що вона може призвести до ефекту некерованого руху, коли енергія частинок підсилює енергію частинок за принципом зворотного зв'язку, що призводить до так званої бомби чорної діри. Тому створення гіпотетичної електростанції поруч із гіпотетичною зарядженою чорною дірою може призвести до несподіваних наслідків.

Також автори розглянули можливість вилучення енергії із зарядженої чорної діри в порожньому Всесвіті космосу анти-де Сіттера. У цьому випадку чорна діра виділятиме енергію сама. Цей процес буде схожий на випромінювання Гокінга, але в такому випадку він не залежить від квантової гравітації. Вчені вважають, що в цьому випадку не відбудеться створення бомби чорної діри.

Але нічого з цього не стосується справжніх чорних дір у нашому Всесвіті. Наскільки зараз відомо, процес Пенроуза — це найкраще, що можна зробити для отримання енергії чорної діри. Але такі дослідження корисні, оскільки вони розкривають фундаментальну природу простору і часу.

Як уже писав Фокус, нове дослідження показує, як саме могли з'явитися величезні чорні діри в ранньому Всесвіті, які існують, але суперечать теоріям.