Источник энергии, который будет обеспечивать потребности нашей цивилизации через тысячи лет, возможно, уже найден.
Это искусственно созданная пространственно-временная сингулярность, более известная как чёрная дыра.
Если углубиться в теорию, то с точки зрения физики чёрная дыра - это область пространства-времени, обладающая таким экстремальным притяжением, что ни один объект во вселенной (включая фотоны света) не в состоянии преодолеть его; а с квантовой точки зрения – это сингулярность, представляющая собой точку пересечения пространственных и временных координат Вселенной.
Какие именно процессы происходят в сингулярности, науке сегодня не известно. Нет такого математического аппарата, который смог бы описать природу сингулярности. Это как с делением на ноль - результат не может быть определён. Так что мы может только гадать, что это же такое. Возможно, там вообще ничего не происходит и сингулярность является всего-навсего точкой с минимально возможным энергетическим потенциалом, а может быть, в сингулярности возникла своя собственная вселенная с отличающимися от нашей вселенной законами физики... Точного ответа нет.
Но точно известно одно: чёрная дыра является объектом энергетической природы. Следовательно, её можно искусственно создать и управлять ею.
Такая мысль пришла американскому физику Джону Уилеру, который и придумал термин «чёрная дыра».
Уилер математически обосновал (предположил), что при достаточной концентрации энергии в точке пространства произойдёт зарождение микроскопической чёрной дыры (Кугельблиц-эффект).
Спустя 19 лет, английский учёный Стивен Хокинг разработал теоретическую модель «испарения чёрной дыры», согласно которой из-за квантовых законов физики, а именно из-за квантовых флуктуаций, происходящих вблизи горизонта событий чёрной дыры, происходит потеря её массы. Этот эффект получил название "излучение Хокинга". Дальнейшее развитие этой идеи показало, что в конце концов чёрная дыра должна испариться полностью. Правда на это уйдут триллионы лет, поэтому доподлинно известно, что с момента возникновения нашей вселенной ещё ни одна чёрная дыра не исчезла таким образом.
Вернёмся к теме...
Итак. Квантовые флуктуации вакуума порождают пары "частица-античастица", которые в обычной нашей жизни сразу аннигилируют, и представляют собой виртуальные частицы.
Виртуальные частицы, в свою очередь, представляют собой колебания квантовых полей определённой конфигурации, которые описываются квантовыми характеристиками (спином, орбитальным, магнитным, главным квантовым числом). Виртуальные частицы рождаются и аннигилируют постоянно, практически не взаимодействуя с макромиром. В момент времени, когда они родились, но ещё не аннигилировали, идёт нарушение закона сохранения энергии, который компенсируется взаимодействием с материей нашего мира. Время этого взаимодействия ничтожно мало, но его достаточно, чтобы квантовые флуктуации вакуума (виртуальные частицы) проявляли себя, например, в эффекте Казимира.
Вблизи чёрных дыр также рождаются виртуальные частицы (пары "частица-античастица"), и если рождение пары виртуальных частиц происходит очень близко к горизонту событий, то частицы не успевают аннигилировать, так как одна из них с большой вероятностью окажется внутри горизонта событий, а вторая - снаружи. Нарушение закона сохранения энергии в этом случае будет компенсировано следующим образом: частица, которая оказалась снаружи горизонта событий, реализуется из виртуальной в реальную и станет доступной для наблюдения, а частица за горизонтом событий будет обладать отрицательным эквивалентом энергии, который будет компенсирован энергией чёрной дыры, что в итоге уменьшит её массу.
Расчёты показывают, что излучение Хокинга состоит преимущественно из фотонов, а чёрная дыра, испаряясь, генерирует электромагнитное излучение.
Математический аппарат по расчёту излучения Хокинга и физических параметров чёрных дыр хорошо сформулирован, и по нему можно рассчитать необходимые нам параметры чёрных дыр для нужд человечества.
Черная дыра размером с протон будет иметь массу в 846 миллионов тонн, а время её активного существования будет в 40-124 раза превышать нынешний возраст вселенной. Мощность электромагнитного излучения (излучения Хокинга) такой чёрной дыры будет около 500 Мегаватт.
Вроде бы неплохо - с минимального объёма пространства генерировать 500 Мегаватт в секунду на притяжении до 1,6 триллиона лет. Но непрактично.
Пойдём от обратного: какими будут параметры чёрной дыры с временем существования в 1000 лет?
- Масса – 721257 тонн;
- Размер - в 1170 раз меньше размеров протона;
- Мощность излучения – 685 Тераватт.
Вот это уже интереснее, так как мощность излучения такой квантовой черной дыры будет в 36 раз превосходить количество потреблённой энергии всей человеческой цивилизацией в 2019 году.
Чтобы обеспечить годовую потребность в энергии всего человечества сегодня, такой чёрной дыре понадобится около 10 дней времени.
Для стабильного поддержания такой чёрной дыры требуется подпитывать её новой материей, поддерживая тем самым её массу в стабильном состоянии.
Чёрная дыра подобных размеров уже слабо взаимодействует с веществом, поэтому ядра атомов и протоны с нейтронами ей не «скормить». Единственный способ эффективно взаимодействовать — это воздействовать на чёрную дыру потоком электронов/нейтрино, которые по своим размерам как раз подходят для взаимодействия.
Температура такой чёрной дыры будет около 170 триллионов Кельвинов, потому материя будет раздроблена на составляющие бесструктурные элементы, а электрон как раз является подобной бесструктурной частицей материи.
Использование энергии чёрных дыр посредством излечения Хокинга интересно, прежде всего, как перспективный механизм получения энергии из самого пространства-времени, при котором происходит конвертирование 100% материи в 100% энергии.
Однако вопрос о том, как создать подобную рукотворную чёрную дыру, до сих пор остаётся открытым. Расчёты показывают, что чёрные дыры массой 0,75 массы Земли и диаметром 2,5 миллиметра имеют температуру ниже реликтового излучения вселенной и, соответственно, при своём росте поглощают больше энергии, чем излучают.
Нужно создавать именно квантовые чёрные дыры, размеры которых будут в тысячи раз меньше размера протона.
- Ускоритель частиц для создания стабильной (день активного существования черной дыры) должен быть размером с орбиту Луны.
- При использовании Кугельблиц-эффекта потребуется одномоментно сосредоточить огромное количество энергии (более 1/10 части от той, что излучает Солнце) в объёме, который в 1000 раз меньше объёма протона. Родившаяся при данных параметрах квантовая чёрная дыра будет иметь срок активного существования в 500 лет.
Наиболее предпочтительной технологией получения квантовой чёрной дыры является сжатие материи гравитационными волнами. В метеорите массой 721257 тонн уже достаточно энергии для появления вышеописанной чёрной дыры, нужно только коллапсировать эту массу с помощью гравитационных волн.
Ах да, а как же генерировать гравитационные волны и затем управлять ими? Что ж, пока такие технологии нам недоступны. Пока...
------------------------------------------------------------------------------------------------- Материалы данной статьи защищены авторским правом и принадлежат каналу "Кочетов Алексей". Любое их копирование разрешено только с указанием гиперссылки на источник: https://zen.yandex.ru/dbk .
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Другие материала подобной тематики:
- Реальная фантастика: Путешествия быстрее скорости света
================================================================
Если Вам нравится контент и тематика канала, вы всегда можете отблагодарить меня , поставив палец вверх (лайк) и оставив комментарий. Так вы помогаете продвижению канала. Спасибо, друзья!
С информационными источниками, которые использованы в основе публикации, можно ознакомиться в закреплённом комментарии.
