Люди могли бы использовать черные дыры в качестве источника энергии
В новом исследовании ученые предлагают два способа когда-нибудь использовать черные дыры в качестве источников энергии.
Гравитационное притяжение черных дыр настолько сильно, что ничто не может ускользнуть от его власти. Но сможем ли мы когда-нибудь использовать гигантскую мощь черных дыр в качестве источника энергии?
В новом исследовании ученые предлагают два способа когда-нибудь использовать черные дыры в качестве источников энергии. Они предсказали процессы извлечения энергии из черных дыр, используя их вращательные и гравитационные свойства.
В первом гипотетическом сценарии ученые «заряжают» черную дыру, вводя в нее массивные электрически заряженные частицы. Эти заряды будут продолжать всасываться до тех пор, пока в самой черной дыре не появится электрическое поле, которое начнет отталкивать любые дополнительные заряды, которые они попытаются ввести, объясняют ученые в исследовании, опубликованном в журнале Physical Review D.
Когда это электромагнитное отталкивание стало бы больше, чем гравитационное притяжение черной дыры, ученые считали бы ее «полностью заряженной».
В соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна, которая утверждает, что массу можно рассматривать как эквивалент энергии, доступная энергия черной дыры будет состоять из комбинации инжектированных в нее электрических зарядов, а также массы этих электрических зарядов.
«Батарея черной дыры преобразует энергию массы частицы в энергию заряда», — говорят исследователи.
Они подсчитали, что эффективность процесса перезарядки составляет 25%, а это означает, что батареи из черных дыр могут преобразовать около четверти введенной массы в доступную энергию в виде электрического поля. По подсчетам команды, это сделает эффективность такой батареи примерно в 250 раз выше, чем у атомной бомбы.
Чтобы извлечь энергию, исследователи предлагают использовать процесс, известный как сверхизлучение, который основан на теории о том, что пространство-время буквально вращается вокруг черной дыры из-за ее интенсивного гравитационного поля.
Гравитационные или электромагнитные волны, вошедшие в эту область вращения, тоже будут увлечены, но если предположить, что они еще не прошли горизонт событий черной дыры — границу, за которую ничто, даже свет, не может выйти, — некоторые волны могут отклоняться с большей энергией, чем они первоначально несли. Этот процесс преобразует энергию вращения черной дыры, определяемую ее массой, в волны, которые отклоняются.
Другой метод использования энергии черных дыр предполагает извлечение этой энергии в форме так называемых пар Швингера, или парных частиц, которые образуются спонтанно в присутствии электрического поля.
Эффект Швингера — это предсказанное физическое явление, при котором материя создается сильным электрическим полем. Его также называют эффектом Заутера–Швингера, механизмом Швингера или образованием пар Швингера. Это предсказание квантовой электродинамики (КЭД), в котором пары электрон–позитрон самопроизвольно создаются в присутствии электрического поля, вызывая тем самым затухание электрического поля. Эффект был первоначально предложен Фрицем Заутером в 1931 году, а дальнейшая важная работа была проведена Вернером Гейзенбергом и Гансом Эйлером в 1936 году, хотя полное теоретическое описание Джулиан Швингер дал только в 1951 году.
Эффект Швингера можно рассматривать как вакуумный распад в присутствии электрического поля. Хотя понятие вакуумного распада предполагает, что нечто создается из ничего, физические законы сохранения, тем не менее, соблюдаются. Чтобы понять это, обратите внимание, что электроны и позитроны являются античастицами друг друга с идентичными свойствами, за исключением противоположного электрического заряда.
Если начать с полностью заряженной черной дыры, электрическое поле возле горизонта событий могло бы быть настолько сильным, что самопроизвольно создало бы электрон и позитрон, который похож на электрон, но с противоположным зарядом.
Если бы черная дыра была заряжена положительно, позитрон вылетел бы из черной дыры из-за отталкивания. Эту убегающую частицу теоретически можно было бы собрать в виде энергии.
Исследователи говорят, что не знают, увидим ли мы когда-нибудь подобную батарею, но их работа была вдохновлена предыдущими попытками ученых теоретически извлечь энергию из черных дыр.