Могут ли черные дыры быть лучшим источником энергии, чем звезды?

Если цивилизация недостаточно развита, чтобы добывать энергию из черных дыр, то являются ли звезды лучшим источником энергии?

Конечно нет. Есть квазары, пульсары и новые звезды, и одному Богу известно, какие еще существуют источники энергии. Квазары и блазары ¹ могут быть слишком редкими, чтобы быть практичными. Это все равно, что каждый раз проезжать 40 миль туда и обратно, чтобы заправить бак бензином. Пульсары производят тонну энергии и встречаются чаще. В долгосрочной перспективе у солнц может быть самая низкая собираемая плотность энергии, но они настолько распространены, что практичность побеждает эффективность.

На самом деле ваши люди будут использовать самые разные источники. Проходящий мимо квазар для быстрой подзарядки никогда не будет упущен — но звезда, если вам нужно, потому что она прямо там.

Если цивилизация достаточно развита, чтобы собирать энергию из черных дыр, являются ли черные дыры лучшим источником энергии?

Игнорируя вопрос практичности (для которого всегда потребуется несколько источников энергии, потому что люди на краю далеко, и это делает дозаправку очень непрактичной), тогда квазары и блазары по-прежнему являются вашими лучшими источниками энергии, но они более редки. чем черные дыры.

Хорошо, вы действительно не можете игнорировать практичность. Если вы находитесь в полугалактике от ближайшей черной дыры, просто не имеет значения, сможете ли вы собрать урожай или нет. Вы не собираетесь тратить время и энергию только на то, чтобы получить лучшую плотность энергии. Если посидеть у звезды займет меньше времени, чем добраться до черной дыры, вы припаркуете этого зверя на орбите и загорите.

Является ли процесс Пенроуза лучшим способом извлечения энергии из черной дыры?

Честно говоря, на этот вопрос невозможно ответить. (И не верьте никому, кто говорит вам обратное. Никто не может доказать, что одна теория лучше другой.) Процесс Пенроуза является теоретическим. Излучение Хокинга, впервые теоретизированное в 1974 году, увидело первые доказательства только в 2010 году. Кто знает, когда процесс Пенроуза будет доказан, если вообще когда-либо? Какова ценность заявления о том, что один теоретический метод лучше другого? Что произойдет, если вы напишете свою историю в этом году, а в следующем году процесс Пенроуза будет опровергнут? Видите ли, проблема в том, что вы относитесь к гипотезам и теориям так, будто они верны. Может быть, они. Может быть, это не так.

У меня есть пара любимых рассказов, которые становится все труднее читать, потому что автор полагался на слишком реалистичный, слишком «строгий научный подход», а наука изменилась. Некоторые люди забавны, они думают, что то, что мы «знаем» сегодня (даже если это только теоретизировано), представляет собой предел всех знаний. Знания меняются, наука меняется, теории приходят и уходят. Если вы придерживаетесь сегодняшних доказанных фактов, вы в безопасности. Но чем более теоретической и бездоказательной является критическая наука вашей истории, тем больше вероятность того, что она не выдержит испытания временем.

В этом ценность фантастики. Практически невозможно опровергнуть вымысел (например, транспортеры из «Звездного пути»), и как только вымысел становится популярным, люди начинают работать над тем, чтобы заставить его работать (например, транспортеры из «Звездного пути»). Но возьмем реальную теорию, которая становится опровергнутой. Теперь ваша «история» неверна, и людям эта история перестанет нравиться. Фу.

Это причудливый способ сказать: получайте удовольствие, выясняя, может ли ваше вымышленное общество собирать черные дыры, но когда дело доходит до реальной науки, стоящей за этим, вы, возможно, захотите придерживаться фразы «Лейтенант, откройте коллекторы и начните заполнять наши резервы».

¹  Пожалуйста, простите меня за то, что я забыл, что квазары и блазары считаются частными случаями черных дыр. Упоминание их в этом месте текста является неправильным, поскольку ОП спрашивал о том, «что, если мы не сможем собрать черные дыры?» Если вы не можете собирать черные дыры, вы не можете собирать квазары и блазары. Однако я не удосужился переписать абзац, потому что подозреваю, что вы все поймете мою точку зрения (и, найдя вескую причину написать «все вы», я не мог пройти мимо). Ваше здоровье.

Черные дыры очень интересны, и их можно выращивать для получения энергии, а также использовать для других целей. Есть несколько теорий, предполагающих, например, что горизонт событий Черной дыры может служить своего рода цивилизационным жестким диском .

Проблема не в том, являются ли черные дыры эффективными источниками энергии или нет, а в логистике и инфраструктуре, необходимых для их использования. Если вам нужно пройти 30 000 световых лет, чтобы добраться до Стрельца А* (центральная черная дыра в центре Галактики Млечный Путь), а затем разобрать десятки звезд , чтобы создать структуры, необходимые для окружения и удержания черной дыры для извлечения энергии , то у вас впереди очень долгий проект, и ваши субподрядчики будут заняты тысячелетиями.

Меньшие черные дыры, вращающиеся вокруг самой Галактики, будут иметь аналогичные, хотя и меньшие проблемы.

Таким образом, вы столкнетесь с ситуацией, аналогичной строителям гидроэлектростанций: лучшие места для плотин и электростанций могут быть расположены не очень близко к тому месту, где на самом деле находятся ваши потребители энергии. (Для целей вопроса я упомяну о необходимости эквивалента линий передачи высокой мощности от черных дыр туда, где требуется мощность).

Если вам абсолютно не нужна мощность такого масштаба, кажется гораздо более практичным просто создавать рои Дайсона вокруг обычных звезд и собирать оттуда энергию. Ее часто называют цивилизацией К-2, и она представляет собой довольно простой и доступный способ генерировать энергию в масштабе, необходимом для галактической цивилизации.

(По стечению обстоятельств сегодня я заканчивал раздел своей книги, посвященный добыче энергии черных дыр.)

Извлекать энергию из звезд легко . Но оказывается, что технология (сферы Дайсона), которая вам нужна для этого, позволяет стационарно собирать энергию от аккреции черной дыры, и это может быть очень эффективно.

Нет, процесс Пенроуза — не лучший реальный или теоретический метод сбора энергии.

Более подробная информация и предложение для теоретического, но научно обоснованного классного способа подключения к черным дырам:

Процесс Пенроуза извлекает угловой момент из вращающейся черной дыры. Это нелегкий трюк, но его можно реализовать разными способами (частицы, сверхизлучение, реакции материи и антиматерии, производящие пары пучков гамма-лучей, где один из них жертвуется, а другой подбирается снаружи...). Однако в конце концов угловой момент иссякнет. Это не возобновляемый источник, хотя он большой.

Самый эффективный из известных нам способов извлечения энергии из материи и черной дыры — это аккреционные диски и джеты, поскольку мы их наблюдали. Вещество, попадающее в аккреционный диск, теряет свою потенциальную энергию по спирали, излучая ее. У нас есть все основания полагать, что эффективность преобразования массы в энергию составляет до 5,72% для неподвижных черных дыр и до 42,3% (!) для вращающихся черных дыр (нейтронные звезды дают около 23%). Для сравнения, сплав составляет всего 0,075%, а звезды еще хуже. Эта энергия может быть собрана с помощью сферы Дайсона (довольно стандартной, хотя и высокой температуры, для черной дыры звездной массы; очень большой сферы 1000 а.е. для галактических черных дыр - когда вы приближаетесь к светимости Эддингтона, я рекомендую статиты или сплавы, родственные Ta$_4$HfC$_5$).

Но это еще не все! В процессе аккреции образуются струи, которые могут быть примерно такими же яркими, как и сам диск, благодаря сложным электромагнитным эффектам в закручивающейся плазме. По сути, это процесс Пенроуза, но электромагнитный (процесс Блэндфорда – Знайека), и его можно пополнить, добавив к диску вещество с угловым моментом. Эта энергия также может быть собрана с использованием подходящей мегамасштабной техники (например, гигантских катушек).

Улавливание гравитационного излучения выглядит очень сложно (слабая связь с материей), хотя за один всплеск испускается до 1/8 массы сливающихся черных дыр.

Вот что может сделать сюжет/миростроение интересным:

Излучение Хокинга — всего лишь струйка, и в основном оно представляет интерес для цивилизаций далекого будущего, когда Вселенная станет достаточно холодной. Однако его можно усилить! В этой статье Фролов и Фурсаев показывают, что если подвесить космические струны почти на горизонте событий черной дыры, каждая струна будет излучать примерно такое же количество излучения Хокинга, как и вся дыра. Для правильных тонких струн это может увеличить выход отверстия на$10^{31}$- достаточно, чтобы черная дыра солнечной массы производила 900 Вт, а меньшие гораздо больше. Конечно, черные дыры солнечной массы — самые легкие из тех, что могут образоваться сегодня, поэтому вам нужно искать более редкие первичные черные дыры, образовавшиеся во время Большого взрыва.

Итак, я предполагаю, что недавнее открытие способа создания космических струн (самостоятельных крутых объектов) позволяет подключаться к первичным черным дырам, вызывая прилив сил.

1. Недостаточно развитое общество, такое как наше собственное общество класса 1, может захотеть рассмотреть возможность исследования сбора вакуумной энергии, поскольку один ученый предположил, что количества полезной энергии в объеме кофейной чашки может быть достаточно, чтобы вскипятить океан, и это увидит быть хорошей отправной точкой для использования большого количества полезной энергии

2. Достаточно развитое общество, которое, возможно, классифицируется как общество класса 2, должно иметь другие альтернативы помимо черных дыр, включая более распространенные космологические явления, такие как нейтронные звезды и квазары.

3. Как было предложено другими, может быть недостаточно данных, чтобы определить, может ли процесс Пенроуза достичь вашей цели, но название звучит хорошо, если вы хотите дать название своему процессу.

В моей истории, действие которой происходит в далеком будущем, человечество находит способ извлекать энергию из черных дыр (возможно, с помощью процесса Пенроуза?), что вызывает конфликт, поскольку различные фракции пытаются взять под контроль ранее бесполезные и опасные, но теперь внезапно ценные черные дыры

У черных дыр есть существенная проблема — доступность . И чтобы можно было использовать процесс Пенроуза, одной черной дыры недостаточно — это должна быть черная дыра Керра , обладающая угловым моментом, который вы можете собрать.

Есть еще одна возможность — собрать радиацию Хокинга. Если теория верна, черная дыра излучает энергию за счет своей массы; чем меньше черная дыра, тем быстрее она излучает, так что ниже определенного размера черная дыра начинает испаряться все быстрее и быстрее, пока не исчезнет во вспышке гамма-излучения.

Равновесная температура черной дыры Шварцшильда в 6,169 10 ^-8 раз превышает отношение между стандартной массой Солнца и массой черной дыры.

Кроме того, излучаемая мощность обратно пропорциональна квадрату массы , и черная дыра размером с Солнце излучала бы 9 10 ^-29 Вт. Предположим, нам нужна тысяча гигаватт мощности , или 10 ¹² Вт; если мои расчеты верны, нам нужна масса 1,8E+10 кг (18 миллионов тонн), которая будет излучать при температуре около семи миллиардов К градусов — достаточно для фоторасщепления вещества — и испаряться за 1,5 микросекунды.

Если бы цивилизация смогла обуздать такого монстра, у вас была бы невероятно компактная форма энергии, достаточно портативная, которая непрерывно потребляла бы материю, превращая ее в энергию (а если реакция вышла бы из-под контроля, вы бы получили взрыв мощностью в один миллиард мегатонн). когда восемнадцать миллионов тонн массы преобразуются в энергию менее чем за две микросекунды). Для сбора этой энергии потребуются очень передовые технологии, эквивалентные бета- вольтаике в виде черной дыры . Возможно , clastovoltaics , от греческого слова κλάστης «ломать».

Но как создать многомиллионную черную дыру, сохраняя ее стабильность в процессе? Самый безопасный способ — начать с более крупной черной дыры и дестабилизировать ее, накормив антивеществом. Вам не нужно доводить их до двадцати миллионов тонн — просто запустите процесс испарения, пока он не достигнет достаточной скорости, затем подождите подходящее количество лет, не давая черной дыре поглотить обычную материю.

Теперь стабильные микрочерные дыры (размером с Луну) станут востребованным ресурсом: вам нужно найти их, зарядить электрически достаточно, чтобы иметь возможность буксировать их (как-то!) к какому -то другому огромному источнику энергии, подходящему для производство антиматерии и преобразование их в энергетические ядра для уничтожения материи.

Особенно в начальный период медленного приготовления, когда кто-то другой оплатил огромные затраты на размещение, буксировку и заправку антиматерией, а черные дыры начали излучать лишь микроватты энергии, но все еще далеки от того, чтобы их стало трудно контролировать, экономический смысл пытаться их украсть .

Но чтобы ответить на ваш вопрос: будет ли это лучшим источником энергии, чем звезда? По-разному. Плотность энергии намного выше, и он гораздо более портативный и эффективный. С другой стороны, звезда обычно не находится в нескольких микросекундах от того, чтобы разнести вас и все остальное в радиусе нескольких миллионов километров вдребезги.

Если цивилизация недостаточно развита, чтобы добывать энергию из черных дыр, то являются ли звезды лучшим источником энергии?

Вам будет трудно найти лучший источник, чем звезды, если вы не можете использовать черные дыры. Единственное, что может собрать эта цивилизация, которая больше или имеет больше энергии, чем звезда, — это группа больших звезд.

Если цивилизация достаточно развита, чтобы собирать энергию из черных дыр, являются ли черные дыры лучшим источником энергии?

Проблема с использованием импульса черных дыр заключается в том, насколько это практично. Одна ошибка, и ваше оборудование становится невозможно восстановить/починить.

Безопаснее было бы собрать урожай с аккреционного диска вокруг сверхмассивной черной дыры. Эти диски имеют температуру порядка миллионов градусов и могут быть массивнее самых больших звезд. TON 618 — это черная дыра массой 66 миллиардов солнечных, чей аккреционный диск затмевает ее галактику — представьте себе массу и энергию этого диска.

Является ли процесс Пенроуза лучшим способом извлечения энергии из черной дыры?

Как вы упомянули, на этот процесс может уйти до 29% массы-энергии черной дыры. Поглощение его излучения Хокинга в конечном итоге даст 100% его массовой энергии, но это займет непомерно, экспоненциально больше времени — поглощение всей энергии импульса может помочь вам преодолеть тепловую смерть Вселенной, но даже это будет лишь частью. времени, необходимого для извлечения всей энергии-массы дыры через Хокингса. Так что Пенроуз по-прежнему более продуктивный путь.

Теоретически простое сбрасывание массы во вращающуюся черную дыру высвободит больше энергии, чем процесс Пенроуза, поскольку эффективность преобразования массы в энергию составляет 42% по сравнению с 0,7% при ядерном синтезе. 1. Исходя из наших текущих знаний, да. Существует множество надстроек Дайсона, предназначенных для извлечения энергии из звезды. И энергии достаточно практически для всего, что может придумать продвинутая цивилизация. 2. Технически да, но вот слон в комнате. Черные дыры не совсем безопасны. Одна крошечная оплошность, и у вас серьезно увеличенный Чернобыль. Оборудование стоимостью в миллионы денежных единиц исчезло в мгновение ока. 3. Прочитайте первый абзац.