یکی از سؤالات عالی ، اما در خارج از آن این است که آیا انسان می تواند از انرژی سیاهچاله ها جلوگیری کند و از آنها به عنوان باتری استفاده کند؟ استخراج انرژی از سیاهچاله ها امکان پذیر است و می تواند یک راه حل تمیز و مؤثر برای مشکلات پیچیده انرژی باشد که احتمالاً در آینده دور با آن روبرو خواهیم شد.

انسان واقعاً به سیاهچاله ها جذب می شود ، اما آیا می توانیم از آنها به عنوان منبع انرژی استفاده کنیم؟ یک تحقیق جدید این سؤال را برای کشف برخی از شگفت انگیزترین رویدادهای کیهانی ایجاد می کند.

سیاهچاله ها محدود به موانع خارجی به نام “افق این رویداد” هستند که مانع از دیدن مناطق داخلی یا قلب آنها می شود و آنها فردی هستند که در آن تمام قوانین فیزیک شناخته شده فروپاشی می کنند. این بدان معنی است که سیاهچاله ها بسیار مرموز هستند. این شبیه به چیزی در زمین یا منظومه شمسی نیست.

هنگامی که سیاهچاله ها توسط مواد احاطه شده اند ، می توانند مسئولیت حیاتی ترین پدیده های جهان ، از جمله فروپاشی ترکیبی از میلیاردها ستاره در کهکشان هایی که آنها را پوشش می دهند ، مسئول باشند. جای تعجب نیست که فیزیکدانان مدتهاست که فکر می کنند بخشی از این انرژی برداشت می شود.

“در مقاله مهمی که در سال دوم نوشته شده است ، راجر پینروز ، فیزیکدان برنده جایزه نوبل اظهار داشت که تمدن پیشرفته می تواند انرژی را از یک سیاه چاله در حال چرخش استخراج کند.

وی افزود: در اصل ، این استخراج امکان پذیر است و می تواند یک راه حل تمیز و مؤثر برای مشکلات پیچیده انرژی باشد که احتمالاً در آینده دور به عنوان یک جامعه با آن روبرو خواهیم شد. ”

عصاره سیاهچاله

انرژی شما پیشنهاد می کنید و اکنون پینوشه می تواند از لحاظ نظری از سیاهچاله ها استخراج شود ، حرکت حرکت است که باعث چرخش آن می شود.

واضح است که سیاهچاله ها تنها بدنهای کیهانی نیستند که می چرخند ، اما چیز بسیار خاصی در مورد سیاهچاله ها یا سیاه چاله های “کر” وجود دارد که برای سایر بدنهای کیهانی صادق نیست.

پینوشه می گوید: “سیاه چاله ها” می توانند به سرعت در نزدیکی سرعت نور در خلاء بچرخند ، که حداکثر سرعت فیزیک نسبی است. ”

در طول چرخش آن ، نفوذ به گرانش عظیم “سیاهچاله ها” بافت فضا را در فرآیندی به نام “اثر قاب” یا “تأثیر لنز” ترسیم می کند ، که به آن فیزیکدانان گفته می شود که برای اولین بار این موضوع را پیشنهاد می کنند.

این اختلال در بافت فضایی به این معنی است که اشیاء و مواد احاطه شده توسط سیاه چاله نمی توانند ثابت بنشینند و به محض چرخش سیاه چاله محیط اطراف خود را گسترش دهند.

پینوشه می گوید: “همانطور که همه ما در مدرسه یاد می گیریم ، اشکال اساسی انرژی حرکتی است به نام انرژی جنبشی و به سرعت بستگی دارد.” بنابراین سیاه چاله در حال چرخش دارای انرژی حرکتی در حال چرخش است و با ترسیم فضایی با آن ، انرژی چرخشی غیرمعمول خود را به موجودات اطراف می دهد.

طبیعت چگونه انرژی سیاه چاله را استخراج می کند؟

مکانیسم ترجیحی طبیعت را می توان برای استخراج سیاه چاله در “نزاع ها” مشاهده کرد. فروپاشی سیاهچاله های بزرگ با دامنه وسیعی با جرم میلیون ها یا میلیاردها میلیارد دلار خورشید ، ابر مسطح گاز و گرد و غبار به نام “افزایش قرص” را احاطه کرده است.

این در مقیاس بسیار کوچکتر از طریق “مغازه های میکرو” تکرار می شود. هنگامی که افزایش گاز و گرد و غبار است ، یک سیاهچاله را با جرم چرخشی بسیار کوچکتر بین 2 تا 5 برابر خورشید احاطه می کند.

در حین افزایش چرخش قرص ، قسمت های مختلف قرص در کنار هم پوشیده می شوند و در دمای میلیون ها کیلو به پلاسما تبدیل می شوند که منجر به مقادیر زیادی تابش می شود. در طول چرخش ، مواد موجود در قرص کنترل تولد مسیرهای مارپیچی را به تدریج به لبه های سیاه چاله افزایش می دهد.

سیاه چاله را می توان با میدان های مغناطیسی قوی به ستون های خود هدایت کرد. در آنجا سرعت آن به سرعت نور می رسد. به شکل هواپیماهای پر انرژی به نام “هواپیمای نسبی” منفجر می شود ، یکی از هر ستون با جهت 2 درجه به چرخش سیاه چاله.

“از آنجا که سیاه چاله ها در میان بیشتر کهکشان ها وجود دارند ، پمپاژ پدیده های غول پیکر است که در مقیاس یک کهکشان رخ می دهد.”

منبع انرژی این پدیده های بسیار قوی ، انرژی چرخشی “سیاه چاله” است.

از آنجا که سیاه چاله در حال چرخش انرژی را به محیط اطراف خود منتقل می کند ، منبع این انرژی کاهش می یابد ، به این معنی که سیاه چاله به آرامی در حال چرخش است. از نظر تئوری ، این فرایند هنگامی متوقف می شود که سیاه چاله از چرخش متوقف می شود و به یک سیاه چاله پایدار یا شوارتسیلد تبدیل می شود.

از آنجا که اعتقاد بر این است که سیاه چاله ها دارای خواص بسیار کمی هستند ، برجسته ترین آنها چرخش یا چرخش و جرم است ، سیاه چاله سوکارشیلد ساده ترین نوع سیاه چاله است ، زیرا تنها پارامتر که توصیف می کند بلوک آن است.

“این ویژگی آن را از” سیاه چاله “متمایز می کند ، که یک مدل اسپرت برای توصیف یک سیاه چاله در حال چرخش است ، که هم توسط بلوک و هم چرخش آن یا حرکت زاویه ای تعیین می شود.”

آیا می توانیم “باتری های سیاه چاله ایجاد کنیم؟

شکاف بزرگ بین دانستن اینکه طبیعت راهی برای استخراج انرژی از سیاهچاله ها پیدا کرده است و توانایی انسانی برای تکرار این روند وجود دارد. ساده ترین راه برای انجام این کار بر انرژی چرخشی شگفت انگیز سیاه چاله متمرکز نیست.

پینوشه توضیح داد: پرو ممکن است ساده ترین شکل استخراج انرژی مهار مستقیم انتشار تابش شدید از بین برود یا حلقه های ریز باشد ، زیرا ما از انرژی خورشید در زمین استفاده می کنیم. با این حال ، در این حالت ، ما انرژی طلوع را مستقیماً استخراج نمی کنیم ، اما انرژی حرارتی ناشی از چرخش را استخراج می کنیم.

استخراج انرژی گردش خون سیاه چاله پیچیده تر است ، اما هنوز هم از نظر تئوری امکان پذیر است. در مقاله خود در سال دوم ، بیبرز مکانیسمی را که می تواند از انرژی جهیزیه به طور مستقیم به جای انرژی حرارتی استفاده کند ، توصیف کرد.

پینوشه این مکانیسم را با یک مؤلفه ساده و قابل درک که به معنای واقعی کلمه قابل توجه نیست ، مدل می کند ، اما می تواند ایده ای بصری در مورد چگونگی استخراج انرژی اختراع شده توسط پنیوز ارائه دهد.

پینوشه می گوید ، تصور کنید کاروسیل فقط با رکود می چرخد. یعنی پس از دریافت فشار یا اثر اولیه ، حتی با خاموش شدن موتورها ، همچنان به چرخش خود ادامه می دهد.

اگر کودکی توپ را در یکی از چرخ ها و کروموها پرتاب کند ، توپ باز خواهد گشت و شما سرعت بالاتری نسبت به ابتدا خواهید داشت. در نتیجه ، کاروسل سرعت چرخش خود را از دست می دهد. این بدان معنی است که انرژی جنبشی اضافی توپ از انرژی جنبشی چرخ و ازدواج ناشی می شود.

وی افزود: “آنچه من فکر می کنم پنروز این است که ما ذره ای را پرتاب می کنیم ، برخلاف چرخش یک سیاه چاله و یک قطعه از این ذره با انرژی بیشتری نسبت به قسمت پرتاب اولیه به ما بازگشت.” در نتیجه ، سیاه چاله انرژی ویرانی را از دست می دهد و کندتر می چرخد. به عبارت دیگر ، ما انرژی را از سیاه چاله با قیمت چرخه آن استخراج خواهیم کرد.

علم یا داستان علمی؟

پیناروز همچنین در اواخر دهه هشتاد به انرژی حاصل از سیاه چاله اشاره کرد. چنین شاهکاری فقط از طریق یک تمدن بسیار پیشرفته قابل دستیابی است.

برای روشن شدن این میزان که بشریت از تبدیل شدن به چنین تمدن جلوگیری می کند ، پینوشه به “مقیاس کارداشیف” اشاره می کند ، که میزان فناوری تمدن را بر اساس سه دسته اندازه گیری می کند: نوع اول ، نوع دوم و نوع سوم.

وی توضیح داد که نوع اول مربوط به تمدن است که بر منابع اصلی سیاره آن حاکم است. نوع دوم بر منابع سیستم سیاره ای خود حاکم است و نوع سوم بر منابع کهکشان حاکم است. ما در نوع “مقیاس کاردا” تمدن 1.2 ساخته شده ایم. برای کنترل انرژی چرخان سازند دقیق ، ما باید نوع دوم تمدن باشیم و برای کنترل انرژی پسته ، باید نوع سوم تمدن باشیم.

وی گفت: “بنابراین ، ما هنوز مسیری طولانی داریم تا بتوانیم به طور جدی در مورد توانایی استخراج انرژی از یک سیاه چاله در حال چرخش فکر کنیم.”

البته ، حتی اگر بشریت به نوع سوم برسد ، هنوز هم محدودیت های اساسی مواد وجود دارد که باید برای استفاده از “باتری های سیاه چاله” برطرف شود.

پینوشه می گوید: “شاید بزرگترین مشکل استخراج انرژی از یک سیاه چاله در حال چرخش باشد ، ما باید یکی از این موارد را در نزدیکی خود داشته باشیم و به همان اندازه که می دانیم ، هیچ سیاه چاله ای در منظومه شمسی یا در نزدیکی آن وجود ندارد.” بنابراین اگر از انرژی این چیزها جلوگیری کنیم ، باید چندین سفر انضباطی انجام دهیم که فراتر از قابلیت های فناوری فعلی ما باشد.

لازم به ذکر است که نزدیکترین سیاه چاله برای ما Gaia BH1 است که حدود 5 نفر از ماست. نزدیکترین سیاه چاله یا سیاه چاله نیز “Sagittarius A*) نامیده می شود ، که در قلب شیری قرار دارد ، حدود 4000 نور -و این بدان معنی است که حتی اگر بشریت بتواند با تخفیف عالی از سرعت نور سفر کند ، چنین سفری خارج از زندگی فعلی ما خواهد بود.

“در اصل ، هیچ محدودیتی برای استخراج انرژی عظیم از یک سیاه چاله در حال چرخش وجود ندارد ، اما فناوری مورد نیاز برای انجام چنین شاهکار از منابع متوسط ​​ما فراتر می رود ، با این حال ، در حال حاضر امکان استخراج چنین انرژی ، که به جای علوم خطرناک و واقع بینانه ، به داستان علمی تخیلی نزدیکتر است.

فایده محاسبه غیرممکن است

با امکان مهار انرژی سیاه چاله در وضعیت فعلی ، نوشتن مقاله ای در مورد سیاهچاله ها و استخراج انرژی از آنها ممکن است کمی عجیب به نظر برسد. با این حال ، برای پینوشه ، فکر کردن در مورد چنین ایده هایی برای نسل بعدی فیزیکدانان ضروری است.

محقق توضیح داد: برای دانش آموزان و دانشجویان مهم است که در مورد سیاهچاله ها و موضوعات مربوطه فکر کنند زیرا آنها در روند آموزشی خود کمک می کنند. این امر اشتهای فکری آنها را تحریک می کند و به آنها کمک می کند تا دانشمندان بهتری شوند.

وی افزود: “من شخصاً سیاهچاله ها و جهان را برای لذت فکری که به من می دهد مطالعه می کنم و به این دلیل که باعث ایجاد احساس فروتنی نسبت به عظمت جهان می شود.” من فکر می کنم این انگیزه های اصلی دانش آموزان هنگام ورود به فیزیک و نجوم است.

پینوشه به عنوان یک ابزار آموزشی به استفاده از سیاهچاله ها و پدیده های مرتبط ادامه خواهد داد و به بررسی آثار استفان هاوکینگ ، بزرگترین فیزیکی در دوره مدرن ادامه خواهد داد.

پینوشه می گوید: مقاله ای به زودی در مجله فیزیک معلم منتشر می شود ، جایی که من از ریاضیات اولیه برای کشف استفان هاوکینگ مشتق شده ام ، که توسط نبوغ انگلیس با گفتن “سیاه چاله ها خیلی سیاه نیستند”. آنچه هاوکینگ کشف کرد این است که سیاهچاله ها دما دارند که منعکس کننده جرم آنها است. هرچه جرم بالاتر باشد ، درجه حرارت پایین تر می شود ، به این معنی که این چیزها تابش را ساطع می کنند و با گذشت زمان تبخیر می شوند.

علاوه بر تلاش برای کشف هاوکینگ ، معروف به تابش هاوکینگ ، پینوشه بسیاری از مقالات آموزشی را تهیه می کند که با موضوعات دیگر در مورد مرزهای فیزیک ، مانند زمان ، سیاه چاله ها و انرژی تاریک سروکار دارد.

در پایان ، وی گفت: “سرانجام ، انگیزه اصلی کار من ارائه مباحث اصلی فیزیک معاصر برای جامع ترین مخاطبان است.”

تحقیقات پینوشه در ARXIV منتشر شده است.