В 1971 году английский физик-математик и лауреат Нобелевской премии Роджер Пенроуз предложил, как можно извлечь энергию из вращающейся чёрной дыры. Он утверждал, что это можно сделать, создав своего рода «упряжь» вокруг аккреционного диска чёрной дыры, где падающая материя разгоняется до скорости, близкой к скорости света, что приводит к выделению энергии в нескольких длинах волн. С тех пор многие исследователи предполагают, что продвинутые цивилизации могут использовать этот метод (процесс Пенроуза) для энергетической подпитки своей цивилизации и что это может быть явным технопризнаком – признаком работы внеземного разума — который мы можем засечь.
В качестве примера можно привести гипотезу трансценденции Джона М. Смарта, предлагающую решение парадокса Ферми, в которой он предположил, что развитый интеллект может мигрировать в область, окружающую чёрные дыры, чтобы воспользоваться доступной энергией. Последняя гипотеза принадлежит профессору Гарвардского университета Ави Лоебу, который в своей недавней работе предложил, как развитые цивилизации могли бы полагаться на «чёрную дыру-спутник», чтобы практически бесконечно снабжать свою родную планету энергией. То, как эта чёрная дыра будет освещать планету, вокруг которой она вращается, по его мнению, станет потенциальным технопризнаком для будущих исследований SETI.
Профессор Лоеб — профессор естественных наук Гарвардского университета, директор Института теории и вычислений в Гарвард-Смитсоновском астрофизическом центре (CfA), директор-основатель Инициативы чёрных дыр (BHI) и руководитель проекта «Галилео». Его последняя работа, «Освещение планеты чёрной дырой-спутником как технологический признак», недавно появилась в журнале Research Notes of the American Astronomical Society (RNAAS).
В 1975 году Стивен Хокинг предположил, что чёрные дыры испускают фотоны, нейтрино и некоторые более крупные частицы, получившие впоследствии название «излучение Хокинга». С тех пор предложения по использованию чёрных дыр в качестве источника энергии обычно делятся на два лагеря. С одной стороны, есть возможность использовать угловой момент их аккреционных дисков («процесс Пенроуза») или улавливать тепло и энергию, генерируемые их гиперскоростными джетами (возможно, в форме сферы Дайсона). С другой стороны, существует возможность подачи материи на чёрную дыру и использования возникающего при этом излучения Хокинга.
В своей статье Лоеб предлагает, как продвинутая цивилизация могла бы использовать последний процесс, создав чёрную дыру, которая будет вращаться вокруг её родной планеты. Эта чёрная дыра будет очень маленькой, её масса составит всего сто тысяч тонн (1011 г). Если не принимать меры, эта чёрная дыра испарится всего за полтора года за счёт излучения Хокинга. Но, как рассказал Лоеб, её можно подпитывать, добавляя к ней относительно небольшое количество материи — 2,2 кг в секунду. Взамен она обеспечивала бы бесконечный запас энергии:
«Эта система с чёрной дырой — самый эффективный двигатель, о котором я когда-либо думал. Топливо преобразуется в энергию с идеальной эффективностью в 100%, потому что масса, падающая в чёрную дыру, в конечном итоге выходит наружу в виде излучения Хокинга. Я не видел, чтобы эта идея обсуждалась раньше, и у меня был момент "эврики", когда я понял это несколько недель назад. Единственный другой метод преобразования массы в излучение со 100-процентной эффективностью — это аннигиляция материи и антиматерии».
Как указывает Лоеб, количество необходимого антивещества выходит за рамки того, что человечество может достичь в настоящее время. С 1995 года коллайдеры частиц в ЦЕРНе смогли произвести менее десяти нанограммов антивещества, что достаточно для питания 60-ваттной лампочки в течение четырёх часов. Для сравнения, предложенная Лоебом чёрная дыра массой 1011 г могла бы непрерывно выдавать энергию мощностью 40 квадриллионов (4015) ватт. «Глобальное потребление энергии составляет несколько терраватт, что в десять тысяч раз меньше, чем мощность этой чёрной дыры, — добавил Лоеб. — Ещё одно преимущество этого двигателя из чёрной дыры в том, что он может использовать в качестве топлива любую форму материи. Это может быть мусор. Нет лучшего способа переработать мусор, чем превратить его в чистую энергию со 100-процентной эффективностью».
Ещё одно преимущество заключается в том, что чёрная дыра может использовать в качестве топлива любую форму материи, включая все отходы, которые производит цивилизация. В этом отношении двигатель чёрной дыры решил бы проблемы развитой цивилизации с мусором, обеспечив взамен неисчерпаемый запас энергии. Во всем мире люди ежегодно производят около 1,92 миллиарда тонн отходов, что оказывает серьёзное влияние на окружающую среду. Этого было бы достаточно, чтобы питать двигатель чёрной дыры массой 1011 г в течение 437 миллионов лет!
Что касается того, как можно совершить такой подвиг, Лоеб ссылается на свою предыдущую статью, в которой он предположил, что достаточно развитая цивилизация может создать «детскую вселенную» с помощью квантового туннелирования. В то время как такой подвиг может совершить только цивилизация III типа (или более развитая), двигатель для чёрной дыры гораздо проще и, возможно, может быть создан цивилизацией II типа:
«Это большая проблема. Хорошая новость заключается в том, что создать такую чёрную дыру гораздо проще, чем детскую вселенную. Но для производства чёрной дыры массой 1011 г необходимо сжать материю или излучение до плотности массы, которая на 60 порядков выше плотности твёрдого железа. Плотность атомных ядер или нейтронных звёзд лишь на 15 порядков выше плотности твёрдого тела. Плотность космического излучения смогла достичь таких показателей менее чем через фемтосекунду после Большого взрыва».
Этому была посвящена ещё одна недавно написанная работа Лоеба, в которой он утверждал, что, исходя из общей теории относительности, чёрные дыры могут состоять из света. Но самое интересное в предложенном двигателе из чёрных дыр — это то, что его можно будет обнаружить за много световых лет, что делает его жизнеспособным технопризнаком, указывающим на существование развитой цивилизации. Как и многие другие предлагаемые технопризнаки, в частности сферы Дайсона и другие мегаструктуры, существование двигателя чёрной дыры является спекулятивным и теоретическим. Но, как однажды сказал сам Фримен Дайсон, что бы мы ни придумали (и если физика этой идеи обоснована), достаточно развитая цивилизация, возможно, уже это сделала. Лоеб сказал:
«Двигатель из чёрной дыры может быть обнаружен в виде каменистой планеты-изгоя, освещённой гамма-лучами, у которой нет компаньона звёздной массы. Если мы когда-нибудь найдём доказательства существования такого двигателя, нам придётся рассмотреть возможность того, что источник был созданной или пойманной в ловушку первобытной чёрной дырой, которую использовала для своих нужд высокоразвитой технологической цивилизацией. Нет лучшего маркёра технологических инноваций, чем создание очага из искривлённого пространства в виде мини чёрной дыры».
Комментарии (35)
Grey83
25.09.2024 08:00+2Нет лучшего способа переработать мусор, чем превратить его в чистую энергию со 100-процентной эффективностью.
А как потом полученную энергию (особенно энергию упомянутых выше нейтрино) преобразовать в что-то, чем можно воспользоваться непосредственно (электроэнергия, например)?
И какой при этом будет к.п.д. преобразования? Довольно большая часть энергии будет просто рассеиваться в пространстве.
Если изобретут преобразователи с к.п.д. не менее 90% для всех типов излучения этой дыры, то сама дыра окажется не так уж и необходима, кмк.
BugM
25.09.2024 08:00Кому какое дело до кпд если есть преобразование 100 процентов массы в энергию? Можно и с 0.1 процента кпд работать. Энергии все равно бесконечно много. Тепло придумать как рассеивать и хорошо.
Grey83
25.09.2024 08:00Ну так и АЭС с генерацией энергии неплохо справляются, а вот к.п.д. преобразования энергии излучения в электроэнергию не так уж и высока, как хотелось бы.
BugM
25.09.2024 08:00АЭС преобразуют в энергию какие-то доли процента от массы топлива. Даже сравнивать со 100 процентами странно.
Grey83
25.09.2024 08:00Ну как управлять цепной реакцией умеют, так и управляют.
Удержать энергию ядерного взрыва даже самого малого заряда нужна конструкция больше самых крупных ГЭС, кмк. Если бы, конечно, были подходящие материалы и технологии.
А так даже управляемый холодный термояд более реалистично.BugM
25.09.2024 08:00Ядерный взрыв тоже преобразует в энергию доли процентов от массы бомбы.
Это все события и сооружения другого порядка. Качественно другого. Материалы тут не помогут.
Контролируемая термоядерная реакция тоже качественно другой порядок. И она тоже ничего близкого к 100 процентам не выдаст.
YMA
25.09.2024 08:00+3А как потом полученную энергию (особенно энергию упомянутых выше нейтрино) преобразовать в что-то, чем можно воспользоваться непосредственно (электроэнергия, например)?
Паровой котёл с турбиной :))) А представляете, так оно и окажется?
Grey83
25.09.2024 08:00Это же сколько жидкости для такого потребуется (которой нужно не дать упасть в ЧД) и сколько и каких турбин.
Проще что-то типа генератора гравитационного типа сделать даже, наверное. =)
Закольцованная цепь (как в том же велосипеде/мотоцикле/etc.), к которой прикреплять сбрасываемый в ЧД материал с одной стороны кольца. В нижней точке материал будет отцепляться, а сама цепь будет вращать генератор. Правда снова встаёт вопрос физической крепости материала цепи и её подвеса, чтобы они выдерживали прицепленый груз и вес цепи.
В общем такой себе аналог ГЭС.
engine9
25.09.2024 08:00Можно окружить кольцом из солнечных батарей, а энергию концентрировать в микроволновый луч и принимать на планете массивом антенн, например.
Grey83
25.09.2024 08:00к.п.д. солнечных батарей всё ещё ниже 50% (а про продажу элементоа на основе наноантенн я что-то не слыхал ещё)
Не говоря о том, что и спектр воспринимаимый ими слишком узкий.engine9
25.09.2024 08:00Ну и что? У растений тоже никудышный КПД, а весь мир кормят. Да вообще большая часть энергетики на Земле это запасённая энергия Солнца.
kabashin
25.09.2024 08:00Это должен быть действительно хорошо контролируемый процесс работы с черной дырой. Не думаю, что такие реакторы будут подвешивать рядом с обитаемой планетой. Безопасней подвесить ее на окраине системы, недалеко от пояса астероидов, вдалеке от транспортных путей и населенных планет. Это и безопасно и материя под рукой. А полученную энергию передавать через "ретрансляторы" или накапливать в "батарейки".
kipar
25.09.2024 08:00+1Просто продвинутая цивилизация может задуматься о том что светило в конце концов взорвется, и отправить планету от него подальше в открытый космос.
Тут и ЧД пригодится, но ее придется держать на орбите планеты.
Правда тогда никаких астероидов, так что придется питать ЧД корой Луны.kabashin
25.09.2024 08:00+1Сомнительно, что при угрозе коллапса звезды, развитая цивилизация отправится в путешествие на материнской планете. Хотя такие фильмы и рассказы попадались.
kipar
25.09.2024 08:00Если у тебя есть ЧД, то как источник энергии звезда уже не особо важна. Вот другие планеты может быть жалко бросать если на них есть что-то полезное\интересное.
kabashin
25.09.2024 08:00+6Звучит, как рекламное объявление по продаже ЧД - " Если у тебя есть ЧД, то как источник энергии звезда уже не особо важна. "
axion-1
25.09.2024 08:00Или перепарковаться куда-нибудь в более стабильную систему, к белому или красному карлику например. Чтоб как минимум в ближайший десяток миллиардов лет ничего не взрывалось.
Wizard_of_light
25.09.2024 08:00О, рекомендую книжку Игоря Новикова "Энергетика чёрных дыр". Он там этих коллапсарных генераторов описал целую связку.
censor2005
25.09.2024 08:00могла бы непрерывно выдавать энергию мощностью 40 квадриллионов (40^15) ватт.
... и мгновенно сжечь излучением всё живое на ближайшие несколько световых часов
Milliard
25.09.2024 08:00Такая черная дыра имеет гравитационный радиус порядка 10^-19 м, температуру 10^15 К и мощность излучения 4*10^16 Вт. Т. е. 2 кг/с массы запихнуть в нее — нетривиальная задача — сдует мгновенно. Конечно, если смогли создать такую ЧД, то с ее питанием как-то справятся, но это отнюдь не "кидаем в нее мусор, получаем профит".
axion-1
25.09.2024 08:00Причём мощность будет постоянная и практически нерегулируемая, излишки надо будет отводить или запасать куда-то. И 2 кг/с надо будет пихать постоянно и с большой точностью, не дай бог что-то сбойнёт и поток вещества уменьшится.
Tsimur_S
25.09.2024 08:00+1А почему это называется исследованием? Школьник почитавший фантастики или пересмотревший канал Isaac Arthur еще с миллион подобного может накидать.
jpegqs
Это значит безвозвратную потерю материалов, которые можно разложить на компоненты и переиспользовать. Опасного мусора вроде радиоактивных отходов не настолько много. Остальное достаточно развитая цивилизация должна научиться перерабатывать еще до того как приручит чёрные дыры. Не говоря уже о том, что вывоз мусора с планеты может быть весьма дорогим с точки зрения потраченной на это энергии.
BugM
Материалов сколько угодно. Можно не экономить. Те кто смогут сделать ручную черную дыру на орбите всяко смогут астероиды таскать. И на орбиту летать занедорого тоже точно научатся.
jpegqs
Предположения о рациональности тех или иных действий развитых цивилизаций очень надуманны. Потому что мы не знаем никого кроме самих себя. Возможно они научатся не тратить много энергии и перерабатывать мусор, и будут спокойно и незаметно существовать. А может будут играть в бильярд запуская чёрные дыры в другие звёздные системы, просто ради развлечения.
BugM
Все развитие это больше, мощнее, выше. Без этого непонятно как развиться до состояния ручных черных дыр. Там надо освоить огромные энергии. Это точно будут огромные штуки.
Это плохо бьется с незаметно и спокойно.
kipar
т.к. мусор будет преобразовываться в энергию, цена вывоза не слишком важна, энергии все равно будет хватать с запасом.
Другая проблема что поток вещества в черную дыру должен очень строго контролироваться (чуть больше - ее мощность упадет в разы, чуть меньше - мощность быстро вырастет и дыра взорвется), так что основное питание все-таки астероиды, мусор непонятно зачем приплетают.
Alex-Freeman
Как вы себе представляете взрыв черной дыры?
kipar
Как-то так: https://arxiv.org/pdf/astro-ph/9911309
axion-1
Хокинг описывал как гамма-вспышку большой мощности ЕМНИП. Интенсивность излучения возрастает с потерей массы, что приводит к ещё более быстрой потере массы. В итоге предполагается что дыра должна исчезнуть со взрывом.
engine9
Сверхцивилизации, способные тягать ЧД уж точно научатся обходиться без пластиковой тары, возможно что локальным созданием еды манипулируя атомами как нужно. Если им вообще нужна будет еда.
Человечество сейчас это раковая опухоль, срущая под себя неутилизируемыми метаболитами.