Черните дупки са едни от най-мощните обекти във Вселената и ново теоретично изследване посочва два начина как хората биха могли да използват тази сила като източник на енергия.
Гравитационното привличане от черните дупки е толкова силно, че нищо не може да избяга от хватката му. Така че можем ли някога да използваме огромната сила на черните дупки като източник на енергия?
В ново проучване учените предлагат два начина за използване на черните дупки като източници на енергия някой ден, да се извлича енергия от черни дупки, използвайки техните ротационни и гравитационни свойства.
"Знаем, че можем да извличаме енергия от черни дупки и също така знаем, че можем да инжектираме енергия в тях, като батерия", обяснява пред Live Science водещият автор Джан Фън Май (Zhan Feng Mai), постдокторант в Института по астрономия и астрофизика Кавли към Пекинския университет.
В първия хипотетичен сценарий учените предлагат "да зареждат" с електрически заряд черната дупка, като вкарват в нея масивни, електрически заредени частици. Тези заряди ще продължат да се засмукват, докато самата черна дупка не придобие електрическо поле, което ще започне да отблъсква всички допълнителни заряди, които се опитват да инжектират, обясняват учените в изследването, публикувано на 29 ноември в списание Physical Review D.
Когато това електромагнитно отблъскване стане по-голямо от гравитационното привличане на черната дупка, учените я обявяват за "напълно заредена". В съответствие с Общата теория на относителността на Айнщайн, която казва, че масата може да се третира като еквивалентна на енергията, наличната енергия на черната дупка ще бъде комбинация от инжектираните в нея електрически заряди, както и масата на тези електрически заряди.
"Батерията на черната дупка трансформира енергията на масата на частиците в енергия на заряда", обяснява Май.
Изследователите изчисляват ефективността на процеса на зареждане на 25%, което означава, че батериите на черните дупки могат да трансформират около една четвърт от вложената маса в налична енергия под формата на електрическо поле. Това би направило ефективността на батерията около 250 пъти по-висока от тази на атомна бомба, изчислява екипът.
За извличането на енергията изследователите ще използват процес, известен като свръхизлъчване, който се основава на теорията, че пространство-времето буквално се влачи по въртенето на въртяща се черна дупка вследствие на нейното интензивно гравитационно поле.
 Кредит: Zhan-Feng Mai and Run-Qiu Yang |
Заредената сфера пада спонтанно в черната дупка. тъй като гравитационната сила е по-силна от кулоновото отблъскване. |
Гравитационните или електромагнитните вълни, които навлизат в тази област на въртене, също ще бъдат повлечени, но ако приемем, че все още не са преминали хоризонта на събитията на черната дупка - границата, отвъд която нищо, дори светлината, не може да избяга - някои вълни могат да бъдат пренасочени с повече енергия, отколкото първоначално са носили, пишат изследователите. Този процес би превърнал енергията на въртене на черната дупка, която се определя от нейната маса, в отклонените вълни.
Другият метод за овладяване на енергията на черните дупки включва извличането на тази енергия под формата на така наречените двойки на Швингер или двойки частици (електрон-позитрон), които се образуват спонтанно в присъствието на електрическо поле, като по този начин причиняват разпадане на електрическото поле.
 Кредит: Schwinger effect - Wikipedia |
Нарича се също като ефект на Саутер-Швингер, механизъм на Швингер или производство на двойки на Швингер. Явлението е прогнозирано от квантова електродинамика (QED), в който двойки електрон-позитрон се създават спонтанно в присъствието на електрическо поле, като по този начин причиняват разпадане на електрическото поле. Ефектът на Швингер вече е потвърден и ни учи как Вселената наистина прави нещо от нищото. |
Ако започнем с напълно заредена черна дупка, електрическото поле в близост до хоризонта на събитията може да е толкова силно, че спонтанно да създава електрон и позитрон (античастица на електрона с противоположен на него заряд), обяснява Май. Ако черната дупка е положително заредена, позитронът щеше да бъде изстрелян от черната дупка заради отблъскването. Тази избягала частица може теоретично да бъде събрана като енергия.
 Кредит: Zhan-Feng Mai and Run-Qiu Yang |
В областта на Швингер черната дупка спонтанно поглъща α частици и излъчва позитрони. |
Джан Фън Май не знае дали някога ще видим батерия като тази, но теоретичното упражнение е вдъхновено от предишни опити за теоретично изследване как може да стане извличане на енергия от черни дупки.
"Ние виждаме черната дупка като място, където квантовата механика и гравитацията трябва по някакъв начин да се съберат заедно", коментира пред Live Science Даниеле Фачио (Daniele Faccio), физик от Университета в Глазгоу, който не е участвал в изследването. "Като ги разглеждаме от гледна точка на добива на енергия, можем да разберем малко повече за това, което се случва."
Справка: RecBlack holes as rechargeable batteries and nuclear reactors
Zhan-Feng Mai and Run-Qiu Yang
Phys. Rev. D 108, 104066 – Published 29 November 2023 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.108.104066
Източник: Humans could use black holes as batteries, physics paper claims. Here's how, Jacklin Kwan, Live Science
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари