Миниатюрные черные дыры как источники ядерной энергии?

Энергетический переход оказывает такое давление, что в теоретических исследованиях рассматриваются даже самые неожиданные и недоступные источники энергии. Недавно физики изучили возможность использования «миниатюрных черных дыр» в качестве ядерных батарей. По их мнению, подавая в них заряженные частицы, теоретически можно преобразовать значительную часть их массы в электрическую энергию.

Сейчас, когда поиск энергетических альтернатив становится все более актуальным, это смелое научное предложение привлекает внимание. Идея, основанная на последних исследованиях, заключается в том, чтобы превратить эти космические явления в новый вид электростанций с практически неограниченной мощностью.

Хотя это теоретическое исследование и граничит с научной фантастикой, концепция поднимает важнейшие вопросы о пределах наших знаний и технологий. Работа, о которой идет речь, написанная Чжань-Фэн Маем и Рун-Цю Яном из Тяньцзиньского университета в Китае, доступна на платформе препринтов arXiv.

Многообещающие, но эфемерные черные дыры

Расчеты авторов показывают, что эти сверхплотные объекты могли бы функционировать как аккумуляторы или ядерные реакторы, обеспечивая энергию в масштабах гигаэлектронвольт. Батарея преобразует неэлектрическую энергию в электрическую. Ядерный реактор использует силу ядерных реакций для производства энергии. А маленькая черная дыра, говорят Май и Янг, теоретически может делать и то, и другое.

Огромная гравитационная сила черных дыр поднимает захватывающий вопрос: возможно ли, хотя бы теоретически, использовать эту силу для выработки электричества, превратив тем самым черные дыры в своеобразные генераторы энергии?

Гипотеза авторов основана на маленькой шварцшильдовской черной дыре без электрического заряда и углового момента. С таким типом космических объектов возникает серьезная проблема: явление, известное как излучение Хокинга. Этот процесс описывает потерю массы черной дыры, вызванную взаимодействием между ее горизонтом событий и окружающими квантовыми полями.

Чем меньше черная дыра, тем быстрее она теряет массу из-за этого излучения. Достаточно маленькая черная дыра может даже полностью испариться за очень короткий промежуток времени. Кроме того, маленькая черная дыра будет стремиться поглощать окружающую материю с очень высокой скоростью, что затруднит извлечение энергии из окружающего пространства.

Тем не менее исследователи Май и Янг продемонстрировали, что можно зарядить такую черную дыру с массой, достаточной для выработки электричества. По их словам, черная дыра размером с атом и массой от 1015 до 1018 килограммов могла бы вырабатывать энергию, питаясь заряженными частицами.

Технология на стадии разработки

Практическая реализация этой идеи сталкивается с огромными трудностями. Создание и поддержание стабильных черных дыр в управляемом масштабе требует значительных технологических достижений.

Хотя идея использования миниатюрных черных дыр в качестве источников энергии может показаться научной фантастикой, в ее основе лежат серьезные теоретические достижения. Последние достижения в области теоретической физики и космологии позволяют предположить, что создание искусственных черных дыр, несмотря на их высокую сложность, не является (теоретически) недостижимой задачей.

Эта возможность основана на понимании экстремальных явлений во Вселенной, таких как столкновения частиц высоких энергий. Эти столкновения, подобные тем, что наблюдаются в ускорителях частиц, таких как Большой адронный коллайдер (БАК), теоретически могут создать условия, благоприятные для образования микрочерных дыр. Эти объекты, хотя и крошечные и эфемерные, могут дать ценные подсказки о том, как генерировать и поддерживать стабильные черные дыры в масштабе, которым можно манипулировать.

Далекий, но многообещающий горизонт

Если эти препятствия будут преодолены, то этот практически неограниченный источник окажет значительное влияние на энергетическую отрасль, предлагая альтернативу существующим ископаемым и возобновляемым источникам. Это может помочь решить глобальный энергетический кризис.

Конечно, на данный момент подобные технологии больше относятся к области научной фантастики, но это не помешало авторам исследования сделать точные оценки. По их мнению, черная дыра может превращать в энергию до 25 % поглощаемой ею массы. Для сравнения, эффективность коммерческих солнечных панелей обычно составляет менее 23%.

Команда также установила, что выход энергии черной дыры может сравниться с выходом энергии ядерного реактора. Их результаты показывают, что вблизи первозданной черной дыры 25 % массы альфа-частицы, возникающей в результате радиоактивного распада, может быть преобразовано в кинетическую энергию.

С научной точки зрения успешная практическая реализация этой технологии, хотя и очень далекая, откроет двери в неизведанные области физики. Изучение черных дыр и манипулирование ими может привести к новым открытиям о природе пространства-времени, гравитации и других фундаментальных законах Вселенной. Они также могут привести к лучшему пониманию темной материи. В дополнение к техническим проблемам, если конкретные испытания когда-нибудь начнутся, эксплуатация черных дыр поднимет серьезные этические вопросы и проблемы безопасности.