Як приборкати чорну діру? - Фабіо Пакуччі

Повну версію уроку можна переглянути за посиланням: https://ed.ted.com/lessons/could-we-harness-the-power-of-a-black-hole-fabio-pacucci

Уявіть, що в далекому майбутньому людство нарешті вийде за межі нашої блакитної цяточки, заснує нові міста на інших планетах за тисячі світлових років від нашої домівки та налагодить систему міжпланетної торгівлі та транспорту. Однак як ми зможемо зробити такий технологічний стрибок? І де взяти достатньо енергії, щоб задовольнити всі потреби цієї цивілізації? Фабіо Пакуччі досліджує, чи можна підкорити собі енергію чорної діри, щоб розвивати галактичну цивілізацію?

Уявіть, що в далекому майбутньому людство
вийде за межі нашої блакитної цяточки,

заснує нові міста на планетах за тисячі
світлових років від нашої домівки

і налагодить систему міжпланетної
торгівлі та транспорту.

Але як наша цивілізація може здійснити
такий технологічний стрибок?

Маємо обміркувати купу речей:

Якими будуть наші засоби зв'язку?

Якою буде форма галактичного правління.

І найголовніше:

де ми візьмемо джерело енергії,
достатньої для потреб цієї цивілізації:

для промисловості, тераформування
та космічних перевезень.

Астроном Микола Кардашов
запропонував шкалу,

що визначає, як зростатимуть потреби
еволюціонуючої цивілізації в енергії.

На першому етапі розвитку, власне,
теперішньому,

планетарних енергетичних ресурсів,
наприклад, горючого палива,

сонячних панелей
та атомних електростанцій,

ймовірно, буде достатньо для космічних
завоювань в середині Сонячної системи,

але точно не поза нею.

Для цивілізації третього
й останнього етапу

галактична експансія потребуватиме десь
в сто мільярдів разів більше енергії,

ніж повних 385 йотаджоулів,
які наше Сонце вивільняє щосекундно.

Якщо не брати до уваги досягнень
екзотичної фізики,

існує лише одне джерело енергії,
якого буде достатньо, —

надмасивна чорна діра.

Доволі незвично думати про чорну діру
як про потенційне джерело енергії,

проте ним вона і є,
через акреційні диски —

круглі, плоскі утворення, сформовані
матерією, що потрапляє в горизонт подій.

Внаслідок збереження
моменту імпульсу

частинки не просто провалюються
безпосередньо в чорну діру,

а натомість повільно та спірально
рухаються вниз.

Через сильне гравітаційне поле
чорної діри

ці частинки перетворюють
свою потенціальну енергію в кінетичну,

повільно наближаючись
до горизонту подій.

Завдяки взаємодії між частинками
кінетична енергія

вивільняється в космос

з вражаючим, як для енергії,
отриманої з матерії, ККД:

6% — для необертових чорних дір
і до 32% для обертових.

Це в рази перевищує енергоефективність
від поділу ядер урану,

що наразі вважається найефективнішим
та найрозповсюдженішим

способом отримання енергії з маси тіла.

Ядерний поділ перетворює
лише 0,08% маси атому урану в енергію.

Способом приборкати чорну діру
може стати споруда,

запропонована фізиком Фріменом Дайсоном, —
сфера Дайсона.

У 1960–х роках Дайсон припустив,
що прогресивна планетарна цивілізація

могла б створити штучну оболонку,
яка покрила б їхню головну зірку

та збирала б усю випромінювану
нею енергію для вдоволення своїх потреб.

Схожим чином, хоч і з набагато
складнішою конструкцією,

цю ідею можна застосувати й до чорних дір.

Щоб виробляти енергію,
чорній дірі потрібно постійно "їсти",

а тому повністю покривати її
оболонкою — не варіант.

Навіть якби ми зробили це, потоки плазми,
що вириваються з полюсів

багатьох надмасивних чорних дір

перетворили б на пил усе,
що перебувало б на їхньому шляху.

Тому натомість ми могли б спроєктувати
таке собі кільце Дайсона,

зроблене з величезних енергоприймачів
дистанційного керування.

Їх розмістять у великій кількості
по всій орбіті чорної діри

або, ймовірно, на поверхні її акреційного
диска, але загалом на певній відстані.

Такі пристрої використовували б
дзеркальні панелі,

щоб передавати зібрану енергію
до енергоустановки

чи акумуляторів для подальшого
накопичення.

Важливо розмістити ці приймачі
на потрібній відстані:

поставимо занадто близько —
випромінювана енергія розплавить їх,

а занадто далеко — зберуть лише дріб'язок
з усієї доступної енергії

та можуть бути зруйновані зірками,
що знаходяться на орбіті діри.

Знадобиться обсяг надр
кількох планет як Земля

для отримання матеріалу
з високою відбивною здатністю,

на кшталт гематиту, щоб повністю
збудувати споруду,

а також ще більше спустошених планет, щоб
сконструювати легіон роботів-будівників.

Якщо кільце Дайсона колись збудують,
це стане технологічним шедевром,

з яким ця цивілізація поширюватиме свій
вплив на кожнісінький рукав галактики.

Хоч усе це може здатися
лише неприборканою фантазією,

навіть зараз, у час енергокризи,

ми як ніколи раніше відчуваємо потребу
в додаткових енергоресурсах.

Нові способи отримання невичерпної енергії
завжди будуть потрібними,

особливо, коли людство прагне
зберегти життєздатність

та технологічно розвивати свій вид.

Можливо, десь там уже існує цивілізація,

що підкорила собі
цих астрономічних гігантів.

Ми могли б навіть сказати,

що світло від чорної діри,
яке періодично тьмяніє, —

це частина кільця Дайсона,
що проходить між нами й ними.

А може, ці суперспоруди приречені
існувати лише в нашій уяві?

Тільки час, і наша наукова винахідливість,
покажуть.