Как хората биха могли да използват черните дупки като батерии?

Г равитационното 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, чрез използване на техните ротационни и гравитационни свойства.

Black Hole Batteries? Theoretical Physicists Say ‘Yes!’ - Popular Mechanics I believe ⁦@JannaLevin⁩ came to this conclusion almost a decade ago! https://t.co/2SPL60vH4V

— Prof. Brian Keating (@DrBrianKeating) December 13, 2023

„Ние знаем, че можем да извличаме енергия от черните дупки и също така знаем, че можем да вкарваме енергия в тях, което звучи почти като батерия“, каза водещият автор Жан Фън Май, изследовател в Института за астрономия и астрофизика Кавли в Пекинският университет.

В първия хипотетичен сценарий учените биха "заредили" черната дупка с масивни, електрически заредени частици. Тези заряди ще продължават да бъдат засмуквани, докато самата черна дупка не получи електрическо поле, което да започне да отблъсква всички допълнителни заряди, които се опитват да й инжектират, обясняват учените в изследването, публикувано на 29 ноември в списанието Physical Review D.

Когато това електромагнитно отблъскване стане по-голямо от гравитационното привличане на черната дупка, учените биха я счели за „напълно заредена“. Придържайки се към общата теория на относителността на Айнщайн, която казва, че масата може да се възприема като еквивалентна на енергията, наличната енергия на черната дупка ще бъде комбинация от електрическите заряди, инжектирани в нея, както и от масата на тези електрически заряди.

„Батерията от черна дупка ще трансформира енергията на масата на частицата в енергия на заряда“, каза Май.

Изследователите изчисляват, че ефективността на процеса на презареждане е 25%, което означава, че батериите от черни дупки могат да трансформират около една четвърт от вложената маса в налична енергия под формата на електрическо поле. Това би направило ефективността на една такава батерия около 250 пъти по-висока от тази на атомна бомба, изчисли екипът.

За да извлекат енергията, изследователите биха използвали процес, известен като свръхизлъчване, който се основава на теорията, че пространство-времето буквално се влачи около въртящата се черна дупка поради нейното интензивно гравитационно поле.

Гравитационните или електромагнитните вълни, които биха навлезли в тази област на въртене, също биха се увлекли, 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 отклонени с повече енергия отколкото първоначално са носели, пишат изследователите. Този процес ще преобразува ротационната енергия на черната дупка, определена от нейната маса, във вълните, които се отклоняват.

Future humans could use black holes as batteries, physics paper claims. Here's how. https://t.co/Y1tk0iYVh0

— Live Science (@LiveScience) December 12, 2023

Другият метод за овладяване на енергията на черните дупки би включвал извличането на тази енергия под формата на така наречените двойки Швингер или сдвоени частици, които се образуват спонтанно в присъствието на електрическо поле.

„Ако започнем с напълно заредена черна дупка, електрическото поле в близост до хоризонта на събитията може да е толкова силно, че спонтанно да създаде електрон и позитрон, който е като електрон, но с противоположен заряд“, обясни Май. Ако черната дупка е положително заредена, позитронът ще бъде изстрелян от черната дупка поради отблъскване. Тази „избягала“ частица може теоретично да бъде взета като източник на енергия.

Май допълни, че не знае дали някога ще можем да осъществим батерия като тази, но теоретичното упражнение е вдъхновено от предишни опити на учените да измислят как биха могли да извличат енергия от черните дупки.

„Ние виждаме черната дупка като място, където квантовата механика и гравитацията трябва по някакъв начин да могат да се съберат“, каза Даниеле Фачио, физик от университета в Глазгоу, който не е участвал в изследването. „Като ги разгледаме от гледна точка на добиването на енергия, можем да разберем малко повече за това какво се случва в тях.“