Сможем ли мы извлекать энергию из чёрной дыры? — Фабио Пакуччи

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

Представьте далёкое будущее, где люди будут летать далеко за пределами нашей «бледно-голубой точки», построят города на планетах за тысячи световых лет и будут содержать галактическую
торговую и транспортную сеть. Что потребуется от нашей цивилизации, чтобы совершить такой прыжок в будущее? Где мы возьмём достаточно энергии, чтобы обеспечить новую цивилизацию? Перспективу извлечения энергии из чёрной дыры исследует Фабио Пакуччи.

Урок — Фабио Пакуччи, мультипликация — TOTEM Studio.

Представьте далёкое будущее,

где люди поселятся за пределами
нашей «бледно-голубой точки»,

построят города на планетах
за тысячи световых лет от нас

и будут содержать галактическую
торговую и транспортную сеть.

Что потребуется от нашей цивилизации,
чтобы совершить такой прыжок в будущее?

Существует немало вопросов:
как мы будем обмениваться информацией?

В какой форме будет существовать
галактическое правительство?

И, наконец, фундаментальный вопрос:

где мы возьмём достаточно энергии,
чтобы обеспечить новую цивилизацию,

её промышленность, терраформирование
и космические корабли?

Астрофизк по имени Николай Кардашёв
предложил специальную шкалу оценки

роста энергетических потребностей
по мере развития цивилизации.

Для цивилизаций первого типа, к которой
сейчас относится цивилизация людей,

достаточно планетарных источников энергии,
например, ископаемого топлива,

солнечных батарей
и атомных электростанций,

чтобы колонизировать другие планеты
внутри Солнечной системы,

но не за её пределами.

Для цивилизации наивысшего третьего типа

на её расширение до галактических
масштабов потребуется

примерно в 100 миллиардов больше энергии,

это больше, чем 385 иоттаджоулей,
вырабатываемых Солнцем за одну секунду.

Если не произойдёт прорыв
в физике элементарных частиц,

существует только один источник энергии,
мощности которого будет достаточно, —

сверхмассивная чёрная дыра.

Может показаться нелогичным использовать
чёрные дыры в качестве источников энергии,

но они ими являются
благодаря аккреционным дискам —

круговым плоским структурам,

сформированным материей,
падающей на горизонт событий.

По закону сохранения углового момента,

частицы в них не просто летят
прямо в чёрную дыру,

а медленно движутся по спирали.

Поскольку чёрная дыра обладает
мощным гравитационным полем,

потенциальная энергия этих частиц
превращается в кинетическую

по мере приближения их
к горизонту событий.

Из-за взаимодействия частиц
кинетическая энергия

выделяется в космос

с поражающей воображение
энергоэффективностью —

6% для невращающихся
и до 32% для вращающихся чёрных дыр.

Это кардинально превосходит
эффективность реакций по делению ядер,

наиболее эффективного из доступных
нам процессов извлечения энергии из массы.

В результате расщепления атома урана
удаётся получить всего лишь 0,08% энергии.

Инструментом использования этих мощностей
может стать структура,

предложенная физиком Фрименом Дайсоном
и названная сферой Дайсона.

В 1960-е годы Дайсон выдвинул гипотезу,
что развитая планетарная цивилизация

может построить вокруг главной звезды
искусственную сферу,

она будет захватывать

всю излучаемую чёрной дырой энергию,
которая обеспечит все потребности планеты.

Теоретически подобное, но только
гораздо более сложное устройство

могло бы применяться на чёрных дырах.

Для производства энергии чёрные дыры
должны постоянно подпитываться,

поэтому мы бы не смогли их
полностью накрыть сферой.

Даже если бы нам это удалось,
потоки плазмы,

исходящие с полюсов
многих сверхмассивных чёрных дыр,

смогут вдребезги разбить любую преграду
на своём пути.

Поэтому мы можем сконструировать
нечто типа кольца Дайсона

из гигантских дистанционно
управляемых коллекторов энергии.

Они будут обращаться по орбите
вокруг чёрной дыры, возможно,

по периметру аккреционного диска,
но только намного дальше от центра.

На этих устройствах, скорее всего,
будут установлены отражающие панели,

которые будут передавать собранную энергию
энергетической установке

или батарее для хранения.

Мы должны рассчитать оптимальный
радиус для таких коллекторов:

если поместить их слишком близко,
то они расплавятся от излучаемой энергии,

если слишком далеко, то они смогут
собирать лишь крупицы доступной энергии,

им также будут мешать звёзды,
вращающиеся вокруг чёрной дыры.

Вероятно, на производство всего комплекса
отражательных материалов

из такого материала, как гематит,
уйдёт несколько планет размера Земли,

ещё парочку придётся разобрать для выпуска
огромной армии роботов-строителей.

Если удастся построить кольцо Дайсона,
то оно станет настоящим чудом техники,

благодаря которому наша цивилизация сможет
распространиться на все стороны галактики.

Всё это может показаться
сумасбродной идеей.

Однако уже сегодня мы
переживаем энергетический кризис

и сталкиваемся с ограниченными
ресурсами на нашей планете.

Нам как никогда нужны новые источники
экологически чистой энергии,

особенно если мы стремимся

к выживанию и техническому прогрессу
рода человеческого.

Возможно, где-то там уже
существует разумная цивилизация,

уже покорившая астрономических гигантов.

Вполне вероятно, что то, что мы видим,

когда периодически приглушается свет,
исходящий от чёрной дыры,

это и есть части кольца Дайсона,
проходящие между нами и чёрными дырами.

Или возможно, что всем этим исполинам
так и суждено остаться в мире фантастики.

Лишь время —
и наша научная мысль — покажут.