Ядерный синтез, солнечное топливо, плавучие морские атомные электростанции и микроволновое излучение. Это некоторые из эзотерических и довольно возмутительных идей возобновляемой энергии, которые ученые предложили, чтобы помочь избавиться от нашей чрезмерной зависимости от ископаемого топлива. Некоторые из них, например, ядерный синтез, намного продвинулись вперед, чем другие, после того как в прошлом году ученые начали пятилетнюю фазу сборки огромного Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР), крупнейшего в мире термоядерного реактора в Сен-Поль-ле-Дюранс, Франция.
И теперь вы можете добавить в этот список сбор энергии из черных дыр, поскольку человечество запускает миссии по колонизации Марса и других планет.
Пятьдесят лет назад британский физик-математик Роджер Пенроуз предложил, казалось бы, абсурдную идею о том, как инопланетное общество (или будущие люди) может собирать энергию из вращающейся черной дыры, сбрасывая объект за пределами своей сферы влияния, также известной как эргосфера, где он мог получить отрицательную энергию. С тех пор никто не мог проверить жизнеспособность этой, казалось бы, странной идеи — то есть до прошлого года, когда Школа физики и астрономии Университета Глазго представила хорошее доказательство концепции, демонстрирующее, как эта идея может работать.
Стивен Хокинг предположил, что черные дыры могут выделять энергию посредством квантово-механической эмиссии, в то время как Роджер Бландфорд и Роман Знайек предложили электромагнитный момент в качестве основного агента извлечения энергии.
А теперь новое исследование в Колумбии выдвинуло еще одну интересную идею по добыче черных дыр: воссоединение линий магнитного поля.
Согласно общей теории относительности Эйнштейна, вращающиеся черные дыры обладают огромным количеством энергии, которую можно использовать.
Магнитное переподключение
Черные дыры захватили воображение астрофизиков с тех пор, как первая из них была открыта в 1971 году — и не зря. В конце концов, это одни из самых странных и интересных объектов в космосе.
Черные дыры представляют собой конечную стадию жизненного цикла звезд, настолько массивных, что после того, как она превратилась в сверхновую, ядро больше не может противостоять собственной гравитации и полностью схлопывается в сингулярность — единственную одномерную точку бесконечной плотности. Эта сингулярность находится внутри области, называемой горизонтом событий — точки, в которой гравитация вокруг черной дыры настолько сильна, что даже скорости света недостаточно для достижения космической скорости.
Физики Лука Комиссо из Колумбийского университета и Фелипе Асенхо из Университета Адольфо Ибаньеса в Чили говорят, что они открыли новый способ извлечения черных дыр путем разрыва и воссоединения линий магнитного поля вблизи горизонта событий. Ученые говорят, что их теория показывает, что отключение и повторное соединение силовых линий магнитного поля правильным образом может ускорить частицы плазмы, окружающие черную дыру, до отрицательных энергий, что позволяет извлекать большое количество энергии из черной дыры.
Почему это может сработать
Теория магнитного пересоединения Комиссо и Асенжо основана на предпосылке, что пересоединение магнитных полей ускоряет частицы плазмы в двух разных направлениях. Поток плазмы, который сталкивается со спином черной дыры, может вырваться из тисков ее сверхмощного гравитационного притяжения и высвободить энергию, если частицы плазмы, проглоченные черной дырой, имеют отрицательную энергию.
Комиссо сравнил этот процесс с тем, как человек теряет вес, поедая конфеты с отрицательными калориями, указывая на то, что черные дыры теряют энергию, когда насыщаются частицами отрицательной энергии. Ученые говорят, что это может происходить в эргосфере черной дыры, области, где пространственно-временной континуум вращается так быстро, что каждый объект вращается в том же направлении, что и черная дыра. Магнитное пересоединение в эргосфере настолько велико, что частицы плазмы ускоряются до скоростей, приближающихся к скорости света.
Асенжо, профессор физики Университета Адольфо Ибаньеса, объяснил, что высокая относительная скорость между захваченными и уходящими потоками плазмы может позволить извлекать огромное количество энергии из черной дыры.
Действительно, исследователи утверждают, что процесс энергизации плазмы может достигать КПД 150%, причем КПД превышает 100%, потому что черные дыры пропускают энергию, которую можно бесплатно забрать плазмой, выходящей из черной дыры.
Святой Грааль бесконечной энергии?
Хотя это может звучать как научная фантастика, процесс сбора энергии из черных дыр, как это было задумано Комиссо и Асенжо, является непрерывным процессом в большом количестве черных дыр и на самом деле отвечает за вспышки черных дыр — энергетические всплески достаточно мощные, чтобы излучение часто можно было обнаружить с Земли.
Однако ученые признали, что могут пройти тысячи или даже миллионы лет, прежде чем люди смогут выяснить, как выжить в непосредственной близости от черных дыр, не полагаясь на энергию ближайшей звезды. Что также хорошо, учитывая, что наше Солнце вот-вот превратит нашу планету в настоящий ад через 1-2 миллиарда лет.
