Можем ли да използваме енергията на черна дупка? - Фабио Пакучи

Вижте пълния урок: https://ed.ted.com/lessons/could-we-harness-the-power-of-a-black-hole-fabio-pacucci

Представете си далечно бъдеще, когато хората достигнат отвъд Земята, основават градове на планети на хиляди светлинни години и поддържат галактическа мрежа за търговия и транспорт. Какво би било необходимо, за да се направи този скок? И откъде бихме получили достатъчно енергия, за да захранваме тази цивилизация? Фабио Пакучи изследва възможността за използване на енергия от черна дупка за захранване на галактическа цивилизация.

Урок от Фабио Пакучи, режисирано от студио TOTEM.

Представете си бъдеще, в което хората
са достигнали отвъд бледата синя точица,

издигайки градове на планети
на хиляди светлинни години

и запазвайки галактическа мрежа
за търговия и транспорт.

Какво би било за нашата цивилизация
да направи този скок?

Има много неща, които да обмислим --
как ще комуникираме?

Какво би представлявало
галактическо правителство?

И един от най-фундаменталните въпроси:

откъде ще вземем достатъчно енергия,
за да захраним тази цивилизация --

нейната индустрия, действията по
изготвянето й и космическите кораби?

Астронавт на име Николай Кардашев
предлага скала,

за да изчисли нуждата на развиваща се
цивилизация от енергия.

В първите стадии на еволюция,
в които в момента се намираме,

горива на растителна основа
като изкопаемите горива,

соларните панели
и атомни електрически централи

вероятно са достатъчно, за да се установим
на други планети в Слънчевата система,

но само дотам.

За цивилизация в третия и последен стадий,

разрастване в галактическия смисъл би
изисквало около 100 милиарда пъти

повече енергия от 385-те йота джаула,
които Слънцето ни излъчва всяка секунда.

Изключвайки революционна идея
в екзотичната физика,

има само един източник, който би могъл
да задоволи тази нужда:

супермасивна черна дупка.

Противно на логиката е да мислим за
черните дупки като източници на енергия,

но те са точно това, благодарение
на срастнатите си дискове: кръгли,

плоски структури, образувани от материя,
падаща в хоризонта на събитията.

Заради запазване на момента на импулса,

частиците не могат просто да падат
право надолу в дупката.

Вместо това, те бавно описват спирали.

Заради интензивното гравитационно
поле на черната дупка,

тези частици преобразуват потенциалната
си енергия в кинетична,

докато се приближават
към хоризонта на събитията.

Взаимодействието между частиците
позволява на кинетичната енергия

да бъде излъчена в космоса

при удивителна ефективност, що се отнася
до материя към енергия:

6% за не въртящи се черни дупки
и 32% за въртящи се.

Това драстично засенчва
ядреното делене,

който е засега най-ефикасният
и достъпен механизъм

да се извлича енергия от маса.

Деленето преобразува само 0,08%
от атома на урана в енергия.

Ключът към събирането на тази енергия
може да се крие в структурата,

измислена от физика Фриймън Дайсън,
позната като сфера на Дайсън.

През 60-те години Дайсън предлага,
че напредничева цивилизация

би могла да построи изкуствена сфера
около главната си звезда,

улавяйки излъчваната енергия,
за да задоволява нуждите си.

Подобен, макар и много по-сложен дизайн

би могъл, теоритично, да бъде приложен
и за черна дупка.

За да произвеждат енергия, черните дупки
трябва непрекъснато да бъдат хранени --

така че не бихме искали
изцяло да я покрием със сфера.

Дори и ако го направим,
релативистичните струи плазма

от много супермасивни черни дупки

биха издухали всяка структура на парченца.

Вместо това, бихме могли да построим
нещо като пръстен на Дайсън,

направен от масивни
и контролирани колектори.

Те ще се реят в орбита около черна дупка,

може би дори в самолет около
акреционния й диск, но по-далеч.

Тези устройства могат да използват
панели като огледала,

за да пренасочват събраната енергия
в електрическа централа

или в батерии за запас.

Ще трябва да се убедим, че тези колектори
са построени с точния радиус:

прекалено близко и биха се разтопили от
излъчваната енергия.

Прекалено далече и биха събирали само
малка част от достъпната енергия

и могат да се разстройват от звезди
около черната дупка.

Вероятно ще са ни необходими няколко
Земи като силно отразяващ материал

като хематит, за да построим
пълната система --

плюс още няколко разрушени планети,
за да направим легион от роботи строители.

Веднъж построен, пръстенът на Дайсън
би бил технологично чудо,

захранвайки цивилизации, разпръснати
из всеки ръкав на галактика.

Всичко това може да изглежда
като спекулация.

Но дори сега, в сегашната енергийна криза,

се сблъскваме с ограничените ресурси
на планетата си.

Нови начини за устойчиво извличане
на енергия винаги ще бъдат нужни,

особено след като човечеството
работи към оцеляване

и технологичен прогрес на вида ни.

Може би вече има цивилизация някъде там,

която е успяла да надвие тези
астрономически гиганти.

Можем дори да сме способни да кажем,

виждайки светлината от тяхната
черна дупка периодично затъмнена,

докато парчета от пръстена на Дайсън
минават между нас и тях.

Или може би тези суперструктури са
обречени да си останат само теория.

Само времето -- и научната ни
изобретателност -- ще покаже.