Как будет работать электростанция черной дыры?

Электростанция с черной дырой (BHPP) — это то, что я определяю здесь как машину, которая использует черную дыру для преобразования массы в энергию для полезной работы. Таким образом, он представляет собой 3-й вид энергии материи (ранее «ядерная энергия»), который использовали люди, причем первые два - это деление и синтез. Если оставить в стороне тот факт, что уровень технологического прогресса, необходимый для этого, намного превышает возможности современных людей, кажется, довольно хорошо известно, что это возможно (и, возможно, когда-нибудь неизбежно) среди физиков. Лично мне кажется, что я не понимаю это предложение, потому что никто не создал целостной картины того, как оно будет работать. Вот мои объективные вопросы:

Касательно самой конверсии:

  • О каком механизме энерговыделения идет речь? Возможности включают излучение от аккреции материала, излучение Хокинга, магнитное преобразование энергии вращения и, возможно, другие (EDIT: ответ Манишерта показал, что я сам не знаю возможностей). Можем ли мы прагматически исключить некоторые из них? Насколько хорошо изучены эти механизмы? Действительно ли у нас есть физика/наблюдения, подтверждающие их, или они все еще находятся на переднем крае физики?
  • Как будет собираться энергия? Некоторые возможности включают термический цикл (например, цикл Ренкина), преобразование излучения в электричество (например, фотоэлектричество), магнитно-индуцированные токи и движение зарядов. Могут ли частицы излучения иметь слишком высокую энергию, чтобы их можно было использовать с известными материалами в качестве части конструкции машины? Это, безусловно, применимо к излучению Хокинга от малых ЧД. Имеются ли другие варианты проблемы со сверхэнергичным излучением?

Связано с приложением:

  • Есть ли что-то, что мы могли бы использовать для изменения выходной мощности излучения Хокинга, кроме массы ЧД? Будем ли мы танцевать на острие ножа, используя излучение Хокинга в качестве источника энергии? Как вы должны знать, испарение ЧД было бы довольно крупным космическим событием, и чтобы получить больше энергии, нужно было бы использовать меньшую ЧД, что представляет больший риск катастрофы. Эту проблему можно было бы смягчить, используя несколько ЧД, поэтому для каждой потребовалась бы более низкая пропускная способность энергии, но тогда это может привести к столкновению ЧД, что также является катастрофическим событием. Влияет ли на результат вращение, заряд или локальный гравитационный потенциал? Может ли излучение Хокинга быть достаточно безопасным методом преобразования материи в энергию (даже для развитой цивилизации)?
  • Каковы параметры полной массы и выхода энергии? В частности, какова будет общая выходная энергия, деленная на массу, и какова будет эффективность преобразования массы в энергию нового падающего материала? Что касается аккреции, я слышал, что 30% падающего материала может быть преобразовано в энергию и выброшено обратно в космос на полюсах... но можем ли мы это изменить и контролировать? Каковы будут параметры БГЭС по сравнению с нашим солнцем и современными электростанциями на Земле?

Извините, я не смог уместить это в один вопрос. Я старался. Чтобы ответить на вопрос «по теме», я слышу, как люди упоминают, что исследования в области термоядерной энергетики токамака все еще имеют много неизвестных, которые находятся в области физики, в отличие от инженерии, которая появится позже в своем развитии. Я попытался отредактировать свой вопрос выше, чтобы он был на самом деле физикой по своей природе. Я думаю, что говорю от имени большинства людей, когда говорю, что не понимаю подавляющее большинство физики ЧД. Мой вопрос здесь, как правило, заключается в том, как эта физика будет работать в машине, которая преобразует полезную материю в энергию.

Известные последние слова: Это просто инженерная проблема. В этот момент спикер ускользает, оставляя тяжелую работу еще не выполненной.
Bpps не использует излучение Хокинга. Они извлекают ВРАЩАЮЩУЮ энергию из вращающейся черной дыры (много массы, поэтому необходимо извлечь много углового момента/энергии). Сомневаюсь, что хокинг-излучение будет эффективным.

Ответы (2)

Я не знаю об извлечении массы-энергии изнутри черной дыры; это кажется мне довольно неэффективным. Излучение Хокинга не такое мощное (а также весьма гипотетическое), но лучше построить сферу Дайсона вокруг звезды. Помните, черные дыры, ну, черные. Если бы было достаточно излучения Хокинга, они перестали бы быть черными и сияли бы, как звезды.

Эффективный способ извлечь энергию из черной дыры — извлечь энергию ее вращения. 20% 1 массы-энергии (вращающейся) черной дыры находится в форме энергии вращения. Эта энергия хранится не внутри черной дыры, а в водовороте пространства вне черной дыры (в эргосфере ). Мы можем извлечь эту энергию, пропустив линии с магнитным наполнением через черную дыру. Вихрь пространства закручивает магнитные поля, и этот вихрь создает ток (я не уверен в точной трактовке этого, классически это была бы какая-то форма электромагнитной индукции, но это не классическая физика). Ток течет по линиям поля и может быть уловлен.

Вот фото из 1 :

Механизм извлечения энергии из черной дыры

ОБНОВЛЕНИЕ : См . также.

1 Черные дыры и искажения времени , Кип Торн. Страница 53.

Это впечатляет! Видимо, я думал, что знаю гораздо больше, чем на самом деле. Мне придется отредактировать свой вопрос, чтобы разрешить больше процессов. Вы упомянули возможность, которую я даже не подумал упомянуть. Сверхпроводящие катушки действительно выглядят так, как будто они находятся в опасной близости от ЧД, но, возможно, это не так. Я предполагаю, что эта идея может использовать сравнительно «маленькие» ЧД, и неясно, насколько значительно магнитное влияние по сравнению с гравитационным. Линии тока трудно проглотить - на индуктивный ток не похоже.
Ссылка на Arxiv, обсуждающая производство радиационной энергии Хокингом (без претензий на качество): arxiv.org/abs/0908.1803v1
@Zassounotsukushi: Даже мне трудно глотать. Было упомянуто, что это был тот же механизм, который приводит в действие квазары. Я смутно припоминаю что-то, называемое процессом Блэндфорда-Знайека для квазаров, где есть аналогичный ток. Завтра посмотрю. В сети, кажется, не так много на нем.
@Zassounotsukushi Хорошо, куда бы я ни посмотрел, «текущая» часть процесса Блэндфорд-Знайек кажется почти само собой разумеющейся. Кажется, что силовые линии магнитного поля ускоряют электрон/заряженную частицу, а водоворот пространства делает с ним то или иное действие. Конечным результатом является то, что возникает разность потенциалов и возникает ток.
Я думаю, нам нужен кто-то, кто лучше понимает GR, чтобы закончить это.
Задал вопрос о процессе Бландфорда-Знайека. Вероятно, прояснит ситуацию. физика.stackexchange.com/questions/20871/…
@Manishearth: источник изображения?? вроде интересно читать..
@VineetMenon: это прямо в посте. Черные дыры и искажения времени, Кип Торн. стр. 53
Насколько сложно было бы ввести вещество в отверстие? Мощное излучение могло победить гравитацию.
На самом деле крошечные черные дыры не должны быть черными, хотя они тоже крошечные , а это означает, что у них относительно низкая гравитация, масса и объем, и поэтому их легче строить.

С этим ответом я собираюсь перечислить некоторые из моих заметок из статьи, которую @zephyr опубликовал в качестве комментария, http://arxiv.org/abs/0908.1803v1 . Одним словом, использование излучения Хокинга в качестве средства преобразования массы в энергию кажется абсурдным. Однако в документе речь шла именно об этом для использования в пилотируемом космическом корабле к звездам.

Излучение Хокинга как источник тяги

Во-первых, позвольте мне перечислить параметры ЧД, обсуждаемые в статье:

  • масса 10 12 к грамм
  • радиус 10 − 10 м , или же 10 − 18 м , не совсем понятно
  • сила п знак равно а ф ( Т ) / р 2 , который отличается в зависимости от числа, которое я пробую с бумаги, моя первая попытка дает мне 13 Вт , что указывает на то, что радиус 10 − 10 м слишком большой.

Хорошие моменты

Такой космический корабль, кстати, чрезвычайно энергоемкое занятие. Большая часть массы любого такого космического корабля обязательно должна быть преобразована в энергию, чтобы идея была осуществимой. Таким образом, необходимо, чтобы трастовое устройство имело очень высокую эффективность преобразования массы в энергию для этого процесса. Это одна из причин, по которой излучение Хокинга может быть единственным приемлемым вариантом для определенных полетов.

Когда мы думаем о проектировании космического корабля, наши соображения выходят за рамки самого корабля. Чтобы построить его и подготовить источник энергии, потребуются земные или солнечные действия. В статье излучение Хокинга сравнивается с ракетой на антивеществе. Это делает общее утверждение, что теоретики не предсказывают, что эффективность производства антиматерии превысит 10 4 вклад энергии в создаваемую массу. Теперь вся масса антивещества будет преобразована в фотонное топливо при эксплуатации космического корабля. Количественная оценка эффективности искусственной черной дыры немного сложнее. Так что я сделал картину.

Надеюсь, вы можете прочитать это, эффективность BHPP

По сути, вы собираете некоторое количество массы так, чтобы она сжималась сильнее, чем ее горизонт событий, и вы получаете черную дыру. Очевидно, что это был бы очень энергетический процесс, поэтому мы должны включить кинетическую энергию, используемую для того, чтобы соединить это вещество в чрезвычайно малой точке. Однако, когда вы его используете, вы можете относительно легко добавить к ЧД столько массы, сколько захотите, потому что, как только она окажется на горизонте событий, она прибавит к массе. Излучение Хокинга будет излучаться непрерывно (хотите вы того или нет), и в конце полета у вас останется некоторая масса ЧД, которую вы не использовали. Это важно учитывать для космического корабля, потому что для космического корабля имеет значение преобразование материи-энергии в энергию . Для гражданской власти, как правило,преобразование энергии в энергию имеет значение. Я определил преобразование материи в энергию выше, но эффективность преобразования энергии в энергию будет следующей:

η знак равно М + Е + М ′ − М ″ Е

Я хочу сказать, что эффективность преобразования массы в энергию будет близка к 1, подобно антиматерии. Преобразование энергии в энергию будет значительно больше 1, в отличие от 10 − 4 для случая антивещества. Основываясь на чистой энергетике, ЧД были бы очень эффективными, легкими и идеальными для межзвездного источника тяги .

Другой важной причиной изучения излучения Хокинга от искусственных черных дыр является то, что они имеют очень хорошее удержание . Использование антивещества потребует активного ограничения антивещества, перспективы которого не выглядят хорошими. Если активные методы удержания не сработают, произойдет эффектный взрыв, который уничтожит космический корабль и близлежащие космические окрестности. С другой стороны, ЧД пассивно ограничена гравитацией. Если оставить на достаточно долгое время, да, он может испариться и уничтожить столько же, но для этого потребуется время.

Недостатки

Во-первых, чтобы получить необходимый уровень мощности, ЧД должна быть «субатомной черной дырой» (ЧДД) с радиусом менее 10 − 10 м . По-видимому, мы точно не знаем, сколько энергии будет излучать SBH данной массы, что требует в основном моделей физики квантовой гравитации, и они не полностью определены.

Также, по-видимому, такая SBH будет излучать часть своей массы в виде массы, а не энергии . Это означает, что масса не будет преобразована в тягу для космического корабля и не будет преобразована в полезную энергию в применении типа гражданской силовой установки. Кроме того, нейтрино будут создаваться и испускаться изотропно, не внося никакого вклада ни в тягу, ни в полезную энергию.

Температура SBH, по-видимому, будет очень высокой, где-то в диапазоне 0,06 грамм е В а также 100 грамм е В для параметров, которые обсуждались в статье. Эти энергии будут иметь большой множитель для расчета радиационного повреждения материала. Экранирование также будет затруднено.

Масса, развлекаемая в газете, 10 12 к грамм , и чтобы создать черную дыру, ее нужно было бы ускорить/сжать до субатомного радиуса. Рискуя показаться язвительным, это звучит непросто. Это в основном говорит о том, что если вы можете сжать гору Эверест до объема одного атома, вы можете получить свободную энергию. Один из обсуждаемых методов заключается в использовании для этого «сходящихся рентгеновских лазеров». Очевидно, самогравитация может помочь сфокусировать их в точку. Так что это одна хорошая новость.

Рекомендую поискать черную дыру в Википедии. Там есть ответы на все ваши открытые вопросы. Также поищите излучение Хокинга.
Как можно ускорить черную дыру?
@KevinKostlan отражает излучение Хокинга с одной стороны обратно в черную дыру, чтобы придать ей чистую тягу.
Гамма-лучи трудно отразить, и еще труднее направить их обратно в такую ​​маленькую мишень.
У вас есть объект с массой эвереста размером с ядро, который излучает 300 мегаватт. Его трудно толкать или тянуть, так как все, что приближается, испаряется. Вы не можете положить большой груз рядом с ним, чтобы тянуть его. Вы не можете зарядить его, так как он будет испускать электроны или позитроны и таким образом может нейтрализовать себя. Магнатические монополя Maby (слишком тяжелые, чтобы их можно было излучать при хокинге и самонейтрализовать), лол.
Радиус субатомной черной дыры (SBH) был ограничен от 1/6 до 6 атм в основной части бумаги; очевидно, 10 ^ (-18) плюс-минус 6.
Как будет работать электростанция черной дыры?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v