Artikel ini akan fokus pada penggerak gravitasi.
Gambar menunjukkan skema paling sederhana:
2 lubang hitam kecil dari jauh mulai jatuh ke dalam satu lubang besar di tengah.
Awalnya, tidak ada yang memiliki energi - setiap orang memulai dengan kecepatan mendekati nol.
Misalnya, mari kita ambil tata surya dan memasukkan matahari ke dalam lubang hitam.
Kita menganggap massa BH kecil ribuan kali lebih kecil dari massa Matahari - massa itu penting, tetapi untuk kesederhanaan kita mengambil hal yang sama dan tidak signifikan secara relatif terhadap BH pusat.
Kita anggap kecepatan awal BH kecil menjadi kosmik kedua untuk ketinggian awal, misalnya jika kita mulai jatuh dari ketinggian Bumi, maka kecepatan awalnya adalah ~ 42 km / s, jika kita mulai dari ketinggian Jupiter, maka ~ 18,3 km / s - yaitu, semakin rendah energi awal, bisa 100 m / s dan mendekati nol, tetapi untuk kenyamanan kita akan mulai dengan ketinggian bumi dan kecepatan ~ 42 km / s.
Jadi: Sebagai permulaan, mari lemparkan satu BH ke Matahari normal dengan kecepatan ~ 42 km / detik di sepanjang lintasan parabola - dalam hal ini, saat mendekati Matahari, ia berakselerasi dan mendekati "permukaan" Matahari (695.700 kilometer dari pusat Matahari itu sendiri) akan berakselerasi hingga kecepatan ~ 617 km / s, akan terbang mendekati "permukaan" dan mulai bergerak menjauh / melambat, dan pada ketinggian Bumi kecepatannya akan sama sebagai awalnya 42 km / s.
Sekarang kita membuang 2 BH ke Matahari normal kira-kira seperti pada gambar pertama. Ada banyak opsi untuk parameter awal dan Anda dapat melempar dengan kecepatan awal yang berbeda atau jarak yang berbeda, tetapi kami akan mengambil yang paling sederhana dan paling visual, kecepatan yang sama, jarak yang sama ke Matahari, tetapi melempar dari titik awal yang berbeda.
Jadi, awalnya BH-BH kecil tidak saling terhubung (jarak antara keduanya jutaan kilometer).
Mereka memulai masing-masing dengan kecepatan 42 km / s, dan dengan pendekatan maksimum ke Matahari, kecepatan mereka akan ~ 617 km / s, dan pada saat yang sama mereka akan mendekat sedekat mungkin satu sama lain dan membuat gravitasi. manuver untuk mendistribusikan kembali energi.
Secara singkat tentang manuver bantuan gravitasi dari Wikipedia.
Untuk 1 bantuan gravitasi, Anda dapat mentransfer maksimum 50% energi, yaitu, tidak mungkin mengambil semua energi dari BH "yang dilepaskan" sekaligus, dan dalam hal ini efisiensinya adalah 50%, tetapi ada banyak parameter dan tanpa membahas detailnya, efisiensinya 50% - sangat mudah, 99% sudah lebih sulit, tetapi bagaimanapun juga itu mungkin.
Pertama, mari kita cari tahu berapa banyak energi yang dapat diperoleh dengan cara ini (efisiensinya 100%).
Jadi, saat mendekati Matahari, kita memiliki 2 BH dengan kecepatan 617 km / s = energi masing-masing ~ 190 gigajoule per kilogram. Kami mengambil energi dari satu dan memberikannya kepada yang lain.
Total BH tanpa energi akan, seolah-olah, "terletak" di "permukaan" Matahari dengan kecepatan nol.
Sebuah BH yang telah menerima energi akan mulai menjauh dari Matahari dengan kecepatan 872 km / s, dan ketika ia terbang ke ketinggian Bumi - di mana ia semula, kecepatannya akan menjadi ~ 618,5 km / s = energi 191.263 MJ per kilogram. Dan inilah energi yang bisa diperoleh dengan membakar 4,3 TON bensin !!!
Sekarang kita cukup memeras Matahari 100 ribu kali (tidak ada yang lebih mudah daripada meremas bom termonuklir dalam fase aktif) dengan diameter ~ 7 km - ini belum menjadi BH, tetapi bintang neutron. Jadi kita memiliki massa yang sama - Matahari, dan bahkan materi itu sendiri adalah sama dan tidak ada di dalamnya yang berubah, hanya kepadatannya yang berubah, tetapi sekarang kita bisa mendapatkan lebih banyak energi dan jika sebelumnya kita bisa mendekati pusat massa dari kejauhan dari 696 ribu kilometer dan akan bertabrakan dengan "Permukaan" Matahari, maka sekarang "jalurnya bebas" dan kita bisa terbang ratusan ribu kilometer lebih menerima energi / percepatan.
Berapa banyak energi yang dapat Anda peroleh di sekitar bintang neutron?
Di sekitar bintang neutron, kecepatannya akan ratusan ribu km / s (puluhan persen dari kecepatan cahaya) dan di sana sudah perlu memperhitungkan efek Teori Relativitas, dan sayangnya saya bukan seorang "ahli gravitasi" dan saya tidak dapat menghitung kurva ruang, tetapi dalam salah satu ceramah Sergei Popov, dia mengatakan bahwa ketika jatuh pada bintang neutron, energinya 20% dari Yaitu Di dekat bintang neutron, dari setiap kilogram yang jatuh, kita dapat menerima 20% energi yang akan kita terima dari pemusnahan 1 kg materi dan antimateri. Dan ini dari bintang neutron, jika kita menekannya ke lubang hitam, maka energinya akan lebih dari 20% .
Berapa banyak energi yang dapat Anda peroleh dari gravitasi?
Dan ini adalah pertanyaan yang paling menarik dan sulit. Tentu saja, saya bukan ahli astrofisika, tetapi saya memahami sesuatu dalam fisika dan matematika, tetapi saya menghabiskan 300 jam untuk pertanyaan ini dan pada akhirnya saya memiliki lebih banyak pertanyaan daripada yang saya miliki pada awalnya. Secara umum, selanjutnya saya hanya akan memberi tahu Anda pemikiran saya tentang masalah ini.
Jadi, kami memampatkan Matahari ke dalam lubang hitam dan mendapatkan mesin gravitasi yang sangat jernih. Tidak ada termodinamika, entropi, foton, dan elektron di sini = Interaksi elektromagnetik sama sekali tidak terlibat di sini !!! -Hanya massa dan gravitasi, dan pada saat yang sama kita bisa mendapatkan energi. Dalam sistem 3 benda, di mana awalnya tidak ada energi dan semuanya tidak bergerak kemana-mana (hampir), kita bisa mendapatkan massa terbang dengan kecepatan mendekati cahaya. Itu. Faktanya, dalam sistem 3 benda, gravitasi dapat menolak, dan energi potensial bukanlah energi negatif - dapat diubah menjadi positif.
Pada kerapatan bintang neutron, Anda bisa mendapatkan 20% energinya , BH memiliki kepadatan yang lebih tinggi dan lebih banyak energi. Jarak terbang minimum di dekat bintang dibatasi oleh permukaan Bintang itu sendiri, BH tidak memiliki permukaan, tetapi ada cakrawala peristiwa di mana tidak ada yang dapat ditarik keluar dan energi hanya dapat diambil di atas cakrawala. Dan cakrawala peristiwa baru saja dimulai di mana kecepatan kosmik kedua menjadi sama . Dan nyatanya, energi maksimum yang bisa diambil dari tubuh yang dibuang sama dengan energi pemusnahan. Dan kita, seolah-olah, dapat menyingkirkan massa dengan memusnahkan materi dengan antimateri dan mendapatkan energi, atau kita dapat membuang massa ke dalam lubang hitam (pada kenyataannya, tidak di mana-mana) dan mendapatkan energi yang persis sama dan dengan cara yang sama kehilangan massa. selamanya dan tidak dapat dibatalkan.
Tetapi pada saat yang sama - Lubang hitam jauh lebih "nyata" daripada antimateri, umumnya tidak mungkin menemukan antimateri murni di alam semesta, dan lubang hitam hanya tergeletak di sekitar ruang hampa. Di galaksi, ada lubang hitam ganda yang mengorbit satu sama lain dengan kecepatan mendekati cahaya, terbentuk secara alami.
BH memperlambat akselerasi batu. Jika, misalnya, kita ambil lagi tata surya (di tengah ada 2 BH berputar dengan massa masing-masing 0,5 matahari), lalu kita jatuhkan 2 batu dari Bumi, satu batu tersisa di tengah - setelah dilakukan manuver gravitasi pengereman , ia akan tetap berada di orbit pusat massa - di mana mereka sendiri memutar BH dan akhirnya akan jatuh ke salah satu BH, dan batu percepatan kedua akan tiba di Bumi dengan kecepatan mendekati cahaya. Batu yang terbang dengan kecepatan mendekati cahaya memang bagus, tetapi kita membutuhkan listrik. Cara paling bodoh untuk mendapatkan listrik adalah dengan mendorong batu ini dengan Bulan, yaitu, batu-batu itu terbang ke Bulan dengan kecepatan mendekati cahaya, ia memanas dan mulai bersinar seperti bola lampu - kita mendapatkan listrik dari cahaya tersebut. Bertabrakan dengan kecepatan inikekuatan ledakan akan ~ 2 juta kali lebih besar dari kekuatan bom yang dijatuhkan di Hirashima (dengan massa batunya sama dengan massa bom). Sebenarnya ada banyak cara untuk mendapatkan listrik dengan menggunakan gravitasi, tapi untuk saat ini, mari kita bahas sumber energinya itu sendiri.
Kita harus menghabiskan massa untuk menemukan 2 lubang hitam saja sehingga lubang hitam tidak bergabung dan selalu berada pada jarak yang sama satu sama lain. Jika Anda tidak "menyia-nyiakan" massa, tetapi melempar batu hanya untuk mempercepat, maka BH akan mulai menyatu
dan suatu saat akan bergabung, dan untuk memperoleh energi, dibutuhkan dua - Sebaliknya, elemen struktur utama adalah satu benda padat dengan kecepatan tinggi di orbit benda masif, (idealnya hanyalah lubang hitam yang bergerak dengan kecepatan mendekati cahaya di sekitar lubang hitam lain). Dan jika mereka bergabung, maka kita hanya akan memiliki satu BH, dan dengan kecepatan nol, jadi kita perlu menjaga keseimbangan. Tetapi masih timbul pertanyaan: - Berapa banyak energi yang dapat diambil sebelum 2 BH bergabung? - Diskon 100% , jika kita memiliki 2 BH dari 0,5 massa Matahari, maka mereka akan bergabung ketika kita mengambil energi yang sama dengan pemusnahan seluruh Matahari (tergantung pada jarak awal di antara mereka, tetapi bahkan jika awalnya mereka berputar di orbit Merkurius ~ 120 juta km dari satu sama lain, maka total energi akan lebih dari 99% ). Nyatanya, Matahari dalam 5 miliar tahun keberadaannya tidak akan menghasilkan begitu banyak energi, dan sepanjang hidupnya Matahari akan "melarutkan" kurang dari 0,1% massanya.
Fusi termonuklir umumnya omong kosong dibandingkan dengan berapa banyak energi yang dapat diperoleh dengan menggunakan gravitasi. Ngomong-ngomong, massa BH sama sekali tidak mempengaruhi efisiensi = kecepatan di dekat event horizon selalu sama. Dan untuk mendapatkan energi, sebenarnya kita tidak perlu memiliki black hole yang bermassa besar, malah massa BH bisa 1 kg dan kita bisa memampatkan 2 buah semangka menjadi black hole, dan semuanya akan bekerja. dengan cara yang sama seperti lubang hitam besar. Selain itu, jauh lebih mudah untuk mengontrol BH kecil daripada fusi termonuklir (bahkan ada pendapat bahwa secara umum tidak mungkin untuk menjaga materi pada suhu beberapa miliar derajat), dan lubang hitam dapat disimpan dengan manuver gravitasi yang sama. Oleh karena itu, reaktor kecil dan bahkan portabel dengan berat beberapa kilogram sangat memungkinkan. Benar, semakin kecil NP, semakin "marah",Di dekat cakrawala peristiwa, kekuatan pasang surut yang besar akan menghancurkan materi apa pun dan Anda akan mendapatkan 2 quasar kecil yang ganas dan tak terkendali. Secara umum, membuang materi ke BH kecil adalah ide yang buruk.
Bisakah cahaya dilemparkan ke dalam Lubang Hitam?
Saya jelas bukan ahli dalam ruang lengkung, tapi sepertinya bantuan gravitasi juga bisa bekerja dengan cahaya. Setidaknya, saya pernah mendengar tentang eksperimen seperti itu: Di institut mereka menyalakan "senter" secara vertikal ke atas / bawah. Dan foton yang naik kehilangan energi (berubah menjadi merah), dan foton jatuh menerima energi (chenille). Itu. Gravitasi mentransfer energi ke cahaya, yang berarti manuver gravitasi dengan cahaya juga harus bekerja (cahaya yang lewat di belakang gerakan BH akan "mempercepat" / membiru / menerima energi, dan BH yang lewat sebelum gerakan akan "melambat" / memerah / kehilangan energi). Cahaya memiliki dorongan dan dapat "mendorong" layar, jadi bantuan gravitasi kemungkinan besar akan bekerja. Kemudian energi gravitasi dapat dengan mudah diperoleh bahkan dari lubang hitam yang sangat kecil.
Bagaimana dengan radiasi Hawking?
Radiasi Hawking memungkinkan kita untuk menciptakan mesin gerak abadi, kita membuang massa dan mendapatkan energi, dan ia padam lagi, kita membuangnya lagi dan mendapatkan energi, dan ia padam lagi. Oleh karena itu, untuk semua pertanyaan, hubungi Hawking sendiri, dan bahkan lebih baik kepada mereka yang memberinya Hadiah Nobel. Di mesin saya, tidak ada nomor kuantum yang dilanggar - Semuanya sepenuhnya legal !!! Kucing Schrödinger akan senang !!!
Meski masih ada bau mesin gerak abadi di sini. Denyut nadi ringan
Semakin tinggi frekuensinya, semakin besar impulsnya, tetapi bantuan gravitasi "pengereman" akan menurunkan frekuensi, dan dalam kasus ekstrim, jika Anda mengambil semua energi dari cahaya di dekat horizon peristiwa, maka ia akan jatuh menjadi BH berenergi nol, lalu berapa massa BH tersebut akan bertambah?
Materi, omong-omong, memiliki masalah yang sama, jika Anda mengambil semua energi dari satu kilogram batu sebelum dibuang, massa BH akan bertambah 1 kg. Tapi batu kilogram kedua yang akan membawa energi - ketika bertabrakan dengan Bulan dengan kecepatan mendekati cahaya, pecahan darinya akan terbang sejauh 2 kg. ( bekerja dua arah). Dan sebagai hasilnya, kita akan memiliki 2 kg lagi., Dan bahkan massa BH akan bertambah 1 kg. Secara total, total massa alam semesta akan bertambah 1 kg. Dan tampaknya masalah ini sama sekali tidak terpecahkan - massa total alam semesta akan meningkat dengan efisiensi berapa pun.
Atau dengan cara yang ajaib, ketika jatuh ke dalam lubang hitam dengan kecepatan / energi kurang dari - massa BH akan berkurang dan kemudian ternyata dengan bantuan gravitasi kita dapat mengekstraksi energi dari BH tersebut.
Atau massa alam semesta akan terus bertambah ... tapi semacam permainan akan terjadi. Namun demikian, kita tidak akan dapat meningkatkan massa secara tak terbatas, jika kita melakukan semua ini secara bersyarat di orbit Bumi, maka seiring waktu, cakrawala peristiwa akan "mencapai" Bumi, dan kita hanya akan menemukan diri kita di dalam lubang hitam. (kami tidak akan menerima energi dalam kasus ini). Dan kemudian kita tidak akan dapat menerima massa / energi tanpa batas. Tetapi semua masalah ini akan dimulai setelah massa pusat meningkat dengan faktor jutaan.
Secara umum, jenis energi apa ini dan dari mana asalnya adalah pertanyaan yang sangat menarik dan mungkin saja energi ini sama sekali tidak terhubung dengan adalah energi lain dan energi itu jauh lebih banyak. Jika Anda pergi dari sisi lain dan mengajukan pertanyaan - mengapa seluruh massa alam semesta tidak runtuh ke dalam lubang hitam besar? - Dia didorong oleh semacam energi ...
PS
Secara umum, lubang hitam dan energi keruh semuanya luar biasa, tentu saja, tapi ini adalah masa depan yang sangat jauh, dan tidak jelas bagaimana cara kerjanya dengan BH. Di artikel berikutnya, kita akan membahas tentang opsi yang lebih realistis. Bahkan, bahkan di orbit sekitar Jupiter, Anda dapat dengan mudah membangun pembangkit listrik dari lumpur dan kertas timah - menghasilkan 900 MJ untuk setiap kilogram yang dijatuhkan, yang merupakan energi dari 25 liter bensin. Dalam artikel berikut, saya akan mencoba memperkirakan berapa berat struktur orbital semacam itu.
PPS
Saya juga ingin beralih ke para pembaca. Bisakah seseorang menerjemahkan artikel ke dalam bahasa Inggris? Hanya saja artikel semacam itu memakan banyak waktu, dan di Rusia tidak ada yang benar-benar membutuhkan fisika. Setidaknya dibutuhkan permintaan. Dan secara umum, di mana Anda dapat menulis artikel seperti itu tentang sumber daya bahasa Inggris?
Kadang-kadang, di antara negara bagian, saya tidak hidup atau mati - saya pingsan karena kedutan .