Звездолет черной дыры - Википедия - Black hole starship

А черная дыра звездолет это теоретическая идея для включения межзвездное путешествие к продвижение а звездолет используя черная дыра как источник энергии. Эта концепция впервые обсуждалась в научной фантастике, особенно в книге Имперская Земля к Артур Кларк, и в работе Чарльз Шеффилд, в котором энергия, извлеченная из Черная дыра Керра-Ньюмана описан как приводящий в действие ракетные двигатели в рассказе «Вектор смерти» (1978).[1]

При более детальном анализе предложение о создании искусственная черная дыра и используя параболический отражатель чтобы отразить его Радиация Хокинга обсуждалась в 2009 году Луи Крейном и Шоном Уэстморлендом.[2] Они пришли к выводу, что это было на грани возможного, но квантовая гравитация эффекты, которые в настоящее время неизвестны, либо облегчат, либо сделают невозможным.[3] Аналогичные концепции набросал и Болонкин.[4]

Преимущества

Хотя космический корабль с черной дырой выходит за рамки современных технологических возможностей, он предлагает некоторые преимущества по сравнению с другими возможными методами. Например, в термоядерная реакция или же деление, только небольшая часть массы превращается в энергию, поэтому потребуется огромное количество материала. Таким образом, ядерный звездолет сильно истощил бы Землю делящимся и горючим материалом. Одна возможность антивещество, но производство антивещества чрезвычайно энергоэффективно, и антивещество трудно удержать. В статье Крейна и Уэстморленда говорится:

С другой стороны, процесс создания BH от коллапса естественно эффективен, поэтому он потребует в миллионы раз меньше энергии, чем сопоставимое количество антивещества или, по крайней мере, в десятки тысяч раз, если учесть какой-нибудь оптимистичный будущий генератор антивещества. Что касается заключения, ЧД ограничивает себя. Нам нужно избегать столкновения с ним или потери, но он не взорвется. Материя, ударяясь о ЧД, упадет в нее и прибавит к ее массе. Таким образом, создание ЧД чрезвычайно сложно, но с ней будет не так опасно или трудно обращаться, как с огромным количеством антивещества. Хотя процесс создания ЧД чрезвычайно сложен, он не требует никакой новой физики. Кроме того, если однажды созданная ЧД поглощает новую материю, она излучает ее, тем самым действуя как новый источник энергии; в то время как антивещество может действовать только как механизм хранения энергии, которая была собрана в другом месте и преобразована с чрезвычайно низкой эффективностью. (Ни одна из других идей, предложенных для межзвездного полета, также не кажется жизнеспособной. Оказывается, что предложение о межзвездном прямоточном воздушно-реактивном двигателе создает больше сопротивления, чем тяги, тогда как идея приведения корабля в движение лазерным лучом сталкивается с проблемой слишком быстрого распространения луча. .)

Критерии

По мнению авторов, черная дыра для использования в космических путешествиях должна соответствовать пяти критериям:[5]

  1. имеет достаточно долгий срок службы, чтобы быть полезным,
  2. достаточно мощный, чтобы разогнаться до разумной доли скорости света за разумное время,
  3. достаточно мал, чтобы мы могли получить доступ к энергии, чтобы сделать это,
  4. достаточно большой, чтобы мы могли сосредоточить энергию,
  5. имеет массу, сравнимую с массой звездолета.

Черные дыры кажутся идеальными с точки зрения размера, мощности и продолжительности жизни. Черная дыра весом 606000 метрических тонн (6,06 × 108 кг) будет Радиус Шварцшильда 0,9 аттометры (0.9 × 10–18 м, или 9 × 10–19 м), мощностью 160 петаватты (160 × 1015 Вт, или 1,6 × 1017 W) и срок службы 3,5 года. С такой выходной мощностью черная дыра могла бы разогнаться до 10% скорости света за 20 дней, предполагая 100% преобразование энергии в кинетическую энергию. Если предположить, что преобразование в кинетическую энергию составляет всего 10%, потребуется в 10 раз больше.[2]

Чтобы черная дыра действовала как источник энергии и двигатель, также требуется способ преобразовать излучение Хокинга в энергию и тягу. Один из возможных методов заключается в размещении отверстия в фокусе параболического отражателя, прикрепленного к кораблю, для создания тяги вперед, если такой отражатель можно построить. Немного более простой, но менее эффективный метод заключался бы в простом поглощении всего гамма-излучения, направляемого в носовую часть корабля, чтобы подтолкнуть его вперед и позволить остальным вылететь назад.[5][6] Однако это приведет к возникновению огромного количества тепла, поскольку излучение поглощается блюдом.

Критика

Неясно, можно ли создать космический корабль, работающий на излучении Хокинга, в рамках законов известной физики. В стандартной термодинамической модели черной дыры средняя энергия испускаемых квантов увеличивается с уменьшением размера, и чрезвычайно маленькие черные дыры излучают большую часть своей энергии в частицах, отличных от фотонов.[7][8] в Журнал Британского межпланетного общества, Джеффри С. Ли из Икар Интерстеллар утверждает, что типичный квант излучения черной дыры с одним аттометром был бы слишком энергичным, чтобы его можно было отразить. Ли далее утверждает, что поглощение (например, парное производство от испускаемого гамма-излучения) также может оказаться невозможным: титановая «шапка Дайсона», оптимизированная для толщины 1 см и радиуса около 33 км (чтобы избежать плавления), поглотила бы почти половину падающей энергии, но максимальная скорость космического корабля над черным срок службы скважины будет менее 0,0001c (около 30 км / с), по расчетам Ли.[8]

Говинд Менон из Университет Трои предлагает вместо этого изучить использование вращающейся черной дыры (Керра-Ньюманна): «С невращающимися черными дырами это очень сложная задача ... мы обычно ищем энергию почти исключительно из вращающихся черных дыр. Черные дыры Шварцшильда не излучать с точки зрения астрофизики, с точки зрения гамма-всплесков. Неясно, может ли только излучение Хокинга приводить в действие космические корабли ".[5]

В художественной литературе

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Шеффилд, Чарльз, «Убийственный вектор», Журнал Galaxy, Март 1978 г.
  2. ^ а б Луи Крейн и Шон Уэстморленд "Возможны ли звездолеты черной дыры "(Препринт ArXiv, 12 августа 2009 г.). Проверено 7 апреля 2017 г.
  3. ^ Чоун, Маркус (25 ноября 2009 г.). «Темная сила: великие замыслы для межзвездных путешествий». Новый ученый (2736). (требуется подписка)
  4. ^ Александр Болонкин, Александр, Жизнь. Наука. Будущее, lulu.com, 2011, стр. 198–199.
  5. ^ а б c Тим Баррибо, "Двигатель черной дыры, который может приводить в действие космические корабли", io9, 4 ноября 2009 г.
  6. ^ Джефф Ли «Как привести в действие звездолет с помощью искусственной черной дыры», io9, 6 января 2014 г. (получено 7 апреля 2017 г.)
  7. ^ Пейдж, Дон Н. (1976). «Скорость эмиссии частиц из черной дыры: безмассовые частицы из незаряженной невращающейся дыры». Физический обзор D. 13 (2): 198–206. Bibcode:1976ПхРвД..13..198П. Дои:10.1103 / PhysRevD.13.198.
  8. ^ а б Ли, Джеффри С. (март – апрель 2015 г.). "Ускорение звездолета Schwarzschild Kugelblitz". Журнал Британского межпланетного общества. 68: 105–116.