Исследование: крошечные черные дыры можно использовать качестве источников ядерной энергии




Фото из открытых источников
Представление о черных дырах вызывает ужас и страх. Они неизбежны! Они пожирают всё! Никогда ничего не выходит! Точность этих убеждений попадает в диапазон от спорных до неверных. И пара физиков теперь рассчитала, как пресловутая кровь может быть выжата из камня черной дыры. По мнению Чжан-Фэн Май и Жун-Цю Янга из Тяньцзиньского университета в Китае, крошечные черные дыры теоретически могут использоваться в качестве источника энергии.
 
Их расчеты показывают, что эти сверхплотные объекты могут работать как перезаряжаемые батареи и ядерные реакторы, обеспечивая энергию в масштабе гигаэлектронвольт. Новое исследование скоро будет опубликовано в журнале Physical Review D и уже доступно на arXiv.
 
На самом деле, извлекаемая энергия исходит не изнутри черной дыры, а снаружи: это самая сильная из известных концентраций гравитации во Вселенной.
 
Считается, что наша Вселенная пронизана черными дырами, но их не всегда легко обнаружить. То, что мы обнаружили, позволяет предположить, что масса этих загадочных объектов варьируется от примерно пяти масс Солнца до десятков миллиардов солнечных масс.
 
Но есть еще одна весовая категория черных дыр – по крайней мере, теоретически. Это первичные черные дыры, и они могут быть пространственно крошечными, вплоть до субатомных размеров.
 
В то время как черные дыры звездной массы образуются из коллапсирующих ядер массивных мертвых звезд, первичные черные дыры, как полагают, образовались из сверхплотностей первичной плазмы, которая заполнила Вселенную после Большого взрыва.
 
Мы не знаем, существуют первичные черные дыры или нет, но если они существуют, они открывают множество возможностей. Одним из них является темная материя, привлекательным кандидатом на роль которой считались первичные черные дыры.
 
Теперь кажется, что мы могли бы каким-то образом использовать эти гипотетические ямочки в пространстве-времени.
 
Батарея преобразует неэлектрическую энергию в электрическую. Ядерный реактор использует силу ядерных реакций для производства энергии. А крошечная черная дыра, как утверждают Май и Янг, теоретически может делать и то, и другое.
 
«Учитывая тот факт, что черная дыра обладает чрезвычайно сильной гравитационной силой, возникает интересный вопрос: учитывая хотя бы теоретически, можем ли мы использовать гравитационную силу черных дыр для генерации электрической энергии, то есть использовать черные дыры в качестве батарей?», — пишут они. «В этой статье мы теоретически утверждаем, что можем использовать черную дыру Шварцшильда в качестве перезаряжаемой батареи».
 
Теперь есть проблема с очень маленькими черными дырами: излучение Хокинга. Это масса, потерянная черной дырой из-за взаимодействия между горизонтом событий черной дыры и квантовыми полями в ее окрестностях. Чем меньше черная дыра, тем быстрее теряется масса из-за излучения Хокинга. Если черная дыра достаточно мала, она относительно быстро полностью испарится.
 
Также ожидается, что небольшая черная дыра очень быстро поглотит материю, что затруднит извлечение чего-либо из пространства вокруг нее.
 
Май и Янг выяснили, что они могут пополнять и перезаряжать первичную черную дыру, превышающую определенную массу, таким образом, чтобы она производила электрическую энергию. Черная дыра размером с атом и массой от 10 15 до 10 18 килограммов должна быть способна производить эту энергию при пополнении заряженными частицами.
 
Исследователи подсчитали, что в максимуме черная дыра может преобразовать 25 процентов входной массы в энергию. Это 25-процентный коэффициент эффективности. Большинство имеющихся в продаже солнечных панелей имеют КПД ниже 23 процентов.
 
Команда также определила, что черная дыра может иметь такую же эффективность, как ядерный реактор. Их уравнения показали, что вблизи первичной черной дыры 25 процентов массы альфа-частицы, образовавшейся в результате радиоактивного распада, могут быть преобразованы в кинетическую энергию.
 
На самом деле это не то, что мы сможем проверить. Даже если бы мы знали наверняка, что они там существуют, мы не могли бы просто схватить первичную черную дыру, не говоря уже о ее сдерживании и контроле. Но анализ дает интересную пищу для размышлений.
 
В частности, команда утверждает, что их модель реактора черной дыры попадает в диапазон масс, предложенный для темной материи, что открывает интригующую возможность того, что мы, возможно, могли бы использовать одну из самых загадочных форм материи во Вселенной для питания наших холодильников.