Este artigo se concentrará na unidade de gravidade.
A imagem mostra o esquema mais simples:
2 pequenos buracos negros de longe começam a cair em um grande e central.
Inicialmente, ninguém tem energia - todos começam com velocidade quase zero.
Por exemplo, vamos pegar o sistema solar e espremer o sol em um buraco negro.
Tomamos a massa de pequenos BHs milhares de vezes menos do que a do Sol - a massa importa, mas para simplificar tomamos a mesma e insignificante em relação ao BH central.
Consideramos a velocidade inicial de pequenos BHs como a segunda velocidade cósmica para a altura inicial. Por exemplo, se começarmos a cair da altura da Terra, a velocidade inicial é de ~ 42 km / s, se começarmos da altura de Júpiter, então ~ 18,3 km / s - ou seja, quanto mais longe, menor a energia inicial, pode ser 100 m / se quase zero, mas por conveniência, começaremos com a altura da Terra e uma velocidade de ~ 42 km / s.
Então: Para começar, vamos lançar um BH no Sol normal a uma velocidade de ~ 42 km / s ao longo de uma trajetória parabólica - neste caso, ao se aproximar do Sol, ele acelera e perto da "superfície" do Sol (695.700 quilômetros do centro do próprio Sol) irá acelerar a uma velocidade de ~ 617 km / s, irá voar próximo à "superfície" e começará a se mover / desacelerar, e na altura da Terra sua velocidade será a mesma como inicialmente 42 km / s.
Agora jogamos 2 BHs no Sol normal, aproximadamente como na primeira foto. Existem muitas opções de parâmetros iniciais e você pode jogar com diferentes velocidades iniciais ou distâncias diferentes, mas vamos tomar o mais simples e mais visual, a mesma velocidade, a mesma distância para o Sol, mas jogar de diferentes pontos de partida.
Assim, inicialmente pequenos BHs não estão conectados entre si (a distância entre eles é de milhões de quilômetros).
Eles partem cada um com uma velocidade de 42 km / s, e com a aproximação máxima do Sol, sua velocidade será de ~ 617 km / s, e no mesmo momento eles se aproximarão o mais possível um do outro e farão uma curva gravitacional manobra para redistribuir energia.
Resumidamente sobre as manobras de auxílio da gravidade da Wikipedia.
Para 1 auxílio de gravidade, pode-se transferir no máximo 50% da energia, ou seja, não será possível tirar toda a energia do BH "descarregado" de uma vez, e neste caso a eficiência é de 50%, mas são muitos parâmetros e sem entrar em detalhes a eficiência é de 50% - é muito fácil, 99% já é mais difícil, mas mesmo assim também é possível.
Primeiro, vamos descobrir quanta energia pode ser obtida dessa forma (a eficiência é, por assim dizer, 100%).
Assim, ao nos aproximarmos do Sol, temos 2 BHs a uma velocidade de 617 km / s = energia de ~ 190 gigajoules por quilograma cada. Tiramos energia de um e damos ao outro.
O BH total sem energia irá, por assim dizer, “repousar” na “superfície” do Sol a velocidade zero.
Um BH que recebeu energia começará a se afastar do Sol a uma velocidade de 872 km / s, e quando voar para a altura da Terra - na qual estava originalmente, sua velocidade será de ~ 618,5 km / s = energia 191 263 MJ por quilograma. E esta é a energia que pode ser obtida queimando 4,3 TONELADAS de gasolina !!!
Agora, simplesmente apertamos o Sol 100 mil vezes (nada é mais fácil do que apertar uma bomba termonuclear na fase ativa) até um diâmetro de ~ 7 km - ainda não é um BH, mas uma estrela de nêutrons. Portanto, temos a mesma massa - Solar, e até a própria matéria é a mesma e nada mudou por dentro, apenas a densidade mudou, mas agora podemos obter muito mais energia e se antes pudéssemos nos aproximar do centro de massa à distância de 696 mil quilômetros e colidiria com a “Superfície” do Sol, então agora o “caminho está livre” e podemos voar centenas de milhares de quilômetros a mais recebendo energia / aceleração.
Quanta energia você consegue ao redor de uma estrela de nêutrons?
Em torno de uma estrela de nêutrons, a velocidade será de centenas de milhares de km / s (dezenas de por cento da velocidade da luz) e aí já é necessário levar em conta os efeitos da Teoria da Relatividade, e infelizmente não sou um "gravitologista" e não posso contar as curvas do espaço, mas em uma das palestras de Sergei Popov, ele disse que ao cair sobre uma estrela de nêutrons, a energia é de 20% do Aqueles. Perto de uma estrela de nêutrons, de cada quilograma largado, podemos receber 20% da energia que receberíamos da aniquilação de 1 kg de matéria e antimatéria. E isso é de uma estrela de nêutrons, se a espremermos em um buraco negro, a energia será mais de 20% de ...
Quanta energia você pode obter da gravidade?
E esta é a pergunta mais interessante e difícil. Claro, não sou astrofísico, mas entendo alguma coisa de física e matemática, mas gastei 300 horas nessa questão e no final tive muito mais perguntas do que inicialmente. Em geral, além disso, direi apenas o que penso sobre este assunto.
Então, comprimimos o Sol em um buraco negro e obtemos um motor gravitacional cristalino. Não há termodinâmica, entropia, fótons e elétrons aqui = interação eletromagnética não está envolvida aqui !!! -Só massa e gravidade, e ao mesmo tempo podemos obter energia. Em um sistema de 3 corpos, onde inicialmente não há energia e tudo não se move para lugar nenhum (quase), podemos obter uma massa voando com uma velocidade próxima da luz. Aqueles. Na verdade, em um sistema de 3 corpos, a gravidade pode repelir e a energia potencial não é energia negativa - pode se tornar positiva.
Na densidade de uma estrela de nêutrons, você pode obter 20% da energia de , BH tem uma densidade maior e mais energia. A distância mínima de vôo perto da estrela é limitada pela superfície da própria estrela, o BH não tem superfície, mas há um horizonte de eventos sob o qual nada pode ser puxado e a energia pode ser tirada apenas acima do horizonte. E o horizonte de eventos apenas começa onde a segunda velocidade cósmica se torna igual a ... E, de fato, a energia máxima que pode ser retirada do corpo descartado é igual à energia da aniquilação. E nós, por assim dizer, podemos nos livrar da massa aniquilando matéria com antimatéria e obter energia, ou podemos jogar a massa em um buraco negro (na verdade, em lugar nenhum) e obter exatamente a mesma energia e, da mesma forma, perder massa para sempre e irrevogavelmente.
Mas, ao mesmo tempo - os buracos negros são muito mais "reais" do que a antimatéria, geralmente é impossível encontrar antimatéria pura no universo, e os buracos negros estão simplesmente espalhados no vácuo. Na galáxia, existem buracos negros duplos orbitando um ao outro a uma velocidade próxima à da luz, formados naturalmente.
BH desacelera a pedra está acelerando. Se, por exemplo, tomarmos novamente o sistema solar (no centro existem 2 BHs rotativos com uma massa de 0,5 solar cada), então soltamos 2 pedras da Terra, uma pedra permanece no centro - após a manobra de frenagem da gravidade , ele permanecerá na órbita do centro de massa - em torno do qual eles próprios giram BH e eventualmente cairá em um dos BH, e a segunda pedra acelerada chegará à Terra a uma velocidade próxima à da luz. Uma rocha voando quase na velocidade da luz é ótima, mas precisamos de eletricidade. A maneira mais idiota de obter eletricidade é empurrar essa pedra com a Lua, ou seja, as pedras voam para a Lua quase na velocidade da luz, aquece e começa a brilhar como uma lâmpada - obtemos eletricidade da luz. Colidindo nesta velocidadeo poder da explosão será ~ 2 milhões de vezes maior do que o poder da bomba lançada em Hirashima (com a massa da pedra igual à massa da bomba). Na verdade, existem muitas maneiras de obter eletricidade usando a gravidade, mas, por enquanto, vamos lidar com a própria fonte de energia.
Teremos que gastar a massa no caso de encontrar 2 buracos negros apenas para que os buracos negros não se fundam e fiquem sempre à mesma distância um do outro. Se você não "desperdiçar" massa, mas jogar pedras apenas para acelerar, então os BHs começarão a convergir
e algum dia se fundir, e para obter energia, dois são necessários. (O ideal é apenas um buraco negro se movendo a uma velocidade próxima à da luz ao redor outro buraco negro). E se eles se fundirem, então teremos apenas um BH, e com velocidade zero, então precisamos manter um equilíbrio. Mas ainda surge a pergunta: - Quanta energia pode ser consumida antes que 2 BHs se fundam? - 100% de desconto , se tivermos 2 BHs de 0,5 massas solares, então eles irão se fundir quando tomarmos energia igual à aniquilação de todo o Sol (depende da distância inicial entre eles, mas mesmo se inicialmente eles giram na órbita de Mercúrio ~ 120 milhões km um do outro, então a energia total será de mais de 99% do ) Na verdade, o Sol em 5 bilhões de anos de sua existência não produzirá tanta energia, e em toda a sua vida o Sol irá "dissolver" menos de 0,1% de sua massa.
A fusão termonuclear é geralmente uma besteira em comparação com a quantidade de energia que pode ser obtida usando a gravidade. A propósito, a massa de BH não afeta a eficiência de forma alguma = a velocidade próxima ao horizonte de eventos é sempre a mesma. E para obter energia, de fato, não precisamos ter buracos negros de uma massa enorme, de fato, a massa de um BH pode ser até 1 kg e podemos compactar 2 melancias em buracos negros, e tudo funcionará da mesma forma que com grandes buracos negros. Além disso, é muito mais fácil controlar pequenos BHs do que a fusão termonuclear (há até uma opinião de que geralmente é impossível manter a matéria a uma temperatura de vários bilhões de graus), e os buracos negros podem ser mantidos com as mesmas manobras gravitacionais. Portanto, um reator pequeno e até portátil pesando vários quilogramas é perfeitamente possível. É verdade que quanto menor o NP, mais "furioso" ele fica,perto do horizonte de eventos, enormes forças de maré destruirão qualquer matéria e você obterá 2 pequenos quasares viciosos e incontroláveis. Em geral, despejar material em pequenos BHs é uma má ideia.
A luz pode ser lançada em buracos negros?
Certamente não sou um especialista em espaços curvos, mas parece que o auxílio da gravidade também deve funcionar com a luz. Pelo menos, eu já ouvi falar de tal experimento: no instituto eles iluminaram uma "lanterna" verticalmente para cima / para baixo. E os fótons que sobem perdem energia (ficam vermelhos), e os fótons que caem recebem energia (chenille). Aqueles. A gravidade transfere energia para a luz, o que significa que as manobras gravitacionais com luz também devem funcionar (a luz que passa por trás do movimento BH vai "acelerar" / ficar azul / receber energia, e a luz que passa antes do movimento vai "desacelerar" / avermelhar / perder energia). A luz tem um impulso e pode "empurrar" a vela, portanto, o auxílio da gravidade deve funcionar. Então, a energia da gravidade pode ser facilmente obtida, mesmo em buracos negros muito pequenos.
E quanto à radiação Hawking?
A radiação Hawking nos permite criar uma máquina de movimento perpétuo, nós liberamos massa e obtemos energia, e ela se apaga novamente, nós a lançamos novamente e obtemos energia, e ela apaga novamente. Portanto, para todas as perguntas, entre em contato com o próprio Hawking e, melhor ainda, com aqueles que lhe deram o Prêmio Nobel. No meu motor, nenhum número quântico é violado - tudo é totalmente legal !!! O gato do Schrödinger vai ficar feliz !!!
Embora ainda haja um cheiro de máquina de movimento perpétuo aqui. O pulso de luz é
Quanto mais alta a frequência, maior o impulso, mas o auxílio da gravidade de "frenagem" diminuirá a frequência e, no caso extremo, se você tirar toda a energia da luz perto do horizonte de eventos, então ela cairá em um BH com energia zero, então quanto aumentará a massa de BH?
A matéria, aliás, tem o mesmo problema, se você tirar toda a energia de uma pedra quilograma antes de despejar, a massa do BH deve aumentar em 1 kg. Mas o segundo quilo de pedra que carregará energia - quando colidir com a Lua quase na velocidade da luz, seus fragmentos voarão 2 kg. ( funciona nos dois sentidos). E como resultado, teremos novamente 2 kg. E mesmo a massa do BH aumentará em 1 kg. No total, a massa total do universo aumentará em 1 kg. E parece que esse problema não está sendo resolvido de forma alguma - a massa total do universo aumentará com qualquer eficiência.
Ou de alguma forma milagrosa, quando caiu em um buraco negro com uma velocidade / energia menor que - a massa do BH diminuirá e então acontece que com a ajuda da gravidade podemos extrair energia do BH.
Ou a massa do universo ainda vai aumentar ... mas algum tipo de jogo vai acontecer. No entanto, não seremos capazes de aumentar infinitamente a massa, se fizermos tudo isso condicionalmente na órbita da Terra, então com o tempo, o horizonte de eventos irá "alcançar" a Terra, e nós simplesmente nos encontraremos em um buraco negro (não receberemos energia neste caso). E então não seremos capazes de receber massa / energia infinitamente. Mas todos esses problemas começarão após um aumento de um milhão de vezes na massa central.
Em geral, que tipo de energia é essa e de onde ela vem é uma questão muito interessante e é possível que essa energia não tenha nada a ver com - esta é alguma outra energia e há muito mais dela. Se você for do outro lado e fizer a pergunta - por que toda a massa do universo não colapsou em um enorme buraco negro? - Ela foi empurrada por algum tipo de energia ...
PS
Em geral, buracos negros e energia turva são todos maravilhosos, é claro, mas esse é um futuro extremamente distante, e não está claro como vai funcionar com BH. No próximo artigo, falaremos sobre opções mais realistas. Na verdade, mesmo na órbita de Júpiter, você pode facilmente construir uma usina de energia com paus de lama e folhas - produzindo 900 MJ para cada quilograma lançado, que é a energia de 25 litros de gasolina. No próximo artigo, tentarei estimar quanto pesará essa estrutura orbital.
PPS
Eu também gostaria de voltar para os leitores. Alguém pode traduzir o artigo para o inglês? Acontece que esses artigos levam muito tempo e, na Rússia, ninguém realmente precisa de física. É necessária pelo menos demanda. E, em geral, onde você pode escrever tais artigos sobre recursos em inglês?
Às vezes, entre estados, não estou vivo nem morto - desabo na contração .