Магнитни Полета

Оказа се, че можеш да извадиш нещо от черна дупка ... но не е лесно

2024

Една от определящите характеристики на черна дупка е, че нищо не може да излезе от тях. Ето защо те са наречени такива; те са като безкрайно дълбока яма и дори светлината не може да избяга. А дупка това е черен .

Но, както много идеи в науката, когато погледнете по -отблизо, това абсолютно изявление става малко относително . Вие мога извадете нещо от черна дупка: Енергия. Оказва се, че можете да получите много. Като много много.

Излезе нов документ, показващ как магнитните полета могат да бъдат използвани за извличане на огромни количества енергия от черна дупка и може да задейства някои астрофизични явления, които виждаме около тях. Не е съвсем лесно и не е като да можете да заредите телефона си или да затоплите къщата си с тази техника (по -скоро бихте ги изпарили до съставните им субатомни частици, които след това ще се ускорят навън много близо до скоростта на светлината^*), но все още е изключително готино.

колко дълго е луд богат азиатски филм

Черната дупка в някои отношения може да бъде описана просто : Вземете обект с маса и го компресирайте толкова много, че скоростта му на бягство да стане скоростта на светлината. Когато това се случи, всичко, което се доближи твърде много, се придърпва. Нищо не може да избяга.

Всъщност можете да ги опишете с обикновена стара обикновена (нютоновска) физика, но за да получите пълната история, трябва да използвате теорията на Айнщайн за общата относителност. Математиката бързо се окосмява и дори концепциите стават гадни. Но когато приложите GR, откривате черна дупка, всякакви черна дупка, може да бъде напълно охарактеризирана с помощта само на три неща: нейната маса, въртенето и електрическият заряд.

Класическата черна дупка просто има маса, седнала там изкривяваща пространството и времето, а много от важните неща, които прави, зависят от нейната маса. Но може да се върти и в много отношения, точно като планета, върх или звезда. Всъщност много (ако не и повечето) въртене с много близка скорост на светлината .

Увеличавам

Анотирана версия на симулация на черна дупка обяснява различните части на този странен обект. Кредит: Центърът за космически полети на Годард на НАСА/Джереми Шнитман

Има още едно много странно нещо, което черните дупки могат да направят: Докато се въртят, те плъзгат тъканта на пространството -времето около себе си като смути около въртящо се острие на блендера. Това се нарича плъзгане на рамка (или по -технически, Lens-Thirring ефект ) и има някои странни странични ефекти. Например, ако сте вътре област около черната дупка, наречена ергосферата , буквално не можете да седите неподвижно; вътре в това обемно пространство самото се дърпа по посока на въртенето, така че обикаляте черната дупка, независимо дали искате или не. Това е като да бъдеш прикрепен към кръгла бягаща пътека. Наоколо и около вас вървите.

Но това е ключът към извеждането на енергия. Необходима е енергия за завъртане на обект, енергия, която може да бъде освободена чрез забавяне, а въртящата се черна дупка има много на енергия. Но как на Земята - добре, как във Вселената - правите това?

Увеличавам

Представата на художника за черна дупка с материал, който се върти около нея в акреционен диск, а също и струя материя, изхвърляща се от нея. Кредит: НАСА/JPL-Калтех

Теоретично има много начини, но този, който досега не е бил разгледан много от теоретиците, е това, което се нарича магнитно повторно свързване .

smokey и бандитските медии със здравия разум

Много горещият газ може да бъде толкова енергичен, че електроните се отделят от техните атоми и ние го наричаме а плазма . Докато заредените частици в плазмата се движат, те създават магнитно поле, което може да стане много интензивно. Линиите на магнитното поле (както виждате на диаграмите с магнитни ленти) могат да бъдат много силни и това им дава напрежение - мислете за това като огъване на пиано жица; трябва да приложите много сила, за да го държите огънат. Ако се пуснеш, SNAP!

Плазмата, обикаляща около черна дупка, може да има абсурдно силни магнитни полета. Докато плазмата се движи наоколо, линиите на магнитното поле също могат да бъдат обвити, заплетени и щракнати. Когато го правят, освобождават енергия. Един от начините да направят това е чрез ускоряване на субатомните частици около тях, понякога до скорости, близки до тези на светлината. Слънчевите изригвания на повърхността на Слънцето се създават по този начин , така че това е реален ефект.

Тук нещата стават странни (да, разбира се, знам, че мислиш; това е къде).

Частиците се създават от енергия и се взривяват по двойки. Ако нещата са подредени точно както трябва, една от тези частици изкрещява в посоката, в която се върти черната дупка, а другата в обратния начин. Ако това се случи вътре в ергосферата, тази, която се движи в същата посока като въртенето, ще излезе, избягайки в космоса. Другият, вървящ срещу въртенето, ще падне. Но тъй като се движеше в обратна посока на завъртането, това на практика забавя черната дупка .

Забавянето на черната дупка означава, че освобождава енергия, което се отнема от избягалата частица . От ваша гледна точка, стоейки (добре) извън черната дупка, просто виждате как частиците излизат с близката скорост на светлината и черната дупка се забавя малко.

С други думи, енергията е извлечена от черната дупка.

Увеличавам

Произведение на черна дупка, докато разкъсва звезда, създавайки въртящ се акреционен диск от материал около нея и взривява огромни греди от материя, навита от нейното магнитно поле. Кредит: Aurore Simonnet и Центъра за космически полети на Годард на НАСА

В статията учените изчисляват, че енергийната ефективност е 150% - това означава, че буквално извеждате повече енергия, отколкото влагате. Това звучи невъзможно, но не забравяйте, че се възползвате от вече съществуващ енергиен източник, въртенето на черната дупка. Така че енергията не се създава от нищото.

Този процес може да генерира огромни количества енергия. Сега, имайте предвид, в тази форма - поле от радиация на субатомни частици, достатъчно силно, за да ви приготви доста добре - енергията не е много полезна за нас, хората. Може би след хиляди години ще сме на технологичен етап, на който можем да стигнем до черна дупка и да използваме тази енергия, но засега това е малко извън нас.

Но не природата. Когато погледнем черните дупки, особено тези в центровете на активните галактики, ги виждаме да се разпалват с енергия доста. Не е напълно ясно защо; една идея е, че материалът от диска на материята около тях пада внезапно, избухвайки мощни изблици на енергия. Но е възможно магнитното повторно свързване в тази плазма да ускорява частици в огромни количества до само косъм, срамежлив от скоростта на светлината. Ако е така, тогава природата прави това, което ние самите не можем: Измъкнете нещо от черна дупка. И това е много нещо, тъй като светкавиците, наблюдавани в активните галактики, лесно могат да бъдат милиони пъти по -светъл от Слънцето.

Сега може да не искате да стоите твърде близо до източник като този. Но ако има начин да се включи (и съхрани!), Тази енергия на стойност няколко секунди ще захрани цялата човешка цивилизация за дълго, дълго време.

Някой ден. Първо трябва да се решат няколко технически проблема. Но мога да си представя в бъдеще всяка къща, която идва въртяща се квантова черна дупка това не само осигурява всичките ви енергийни нужди, но, ако се използва по гравитационния начин на старото училище, също би направило прилично изхвърляне на боклука.

^* Което, както бе отбелязано, е лошо; въпреки че не е доказано, че въпросът за тоталното протонично обръщане се издига до нивото на статистическа значимост ( Spengler et al., 1985 ).