Melnā cauruma dzinējs
Publicēts: 20.11.2009
Melnie caurumi nemaz tik melni neesot. Saskaņā ar Hokingsa teoriju tie izstaro melnā ķermeņa termālo spektru. Interesanti, jo lielāks melnais caurums, jo niecīgāks daudzums enerģijas tiek izstarots. Teorētiski iespējams uzbūvēt pienācīga izmēra melno caurumu, kuru varētu izmantot kā dzinēju zvaigžņu kuģos.
Tā uzskata Luijs Kreins un Šons Vestmūrelends no Kanzasas universitātes.
Šobrīd tā ir vistīrākā zinātniskā fantastika. Kā paši zinātnieki atzīst - ideja ir uz neiespējamā robežas. Nekāda mūsdienās zināmā tehnoloģija nespētu nodrošināt šāda dzinēja izveidi un uzturēšanu.
Kosmiskos ceļojumus, kas aizvestu cilvēkus tālāk par šī brīža iespējām, ierobežo daudzi faktori, tai skaitā kosmiskā radiācija. Kamēr zemieši atrodas Zemes magnētiskā lauka aizsardzības zonā, tikmēr mēs jūtamies nosacīti droši. Mēness, Marss un tālāki objekti un ceļojumi līdz tiem ir nesalīdzināmi draudīgāki tieši kosmiskās radiācijas ziņā. Vai risinājums būs jauna tipa aizsargvairogi, vai milzīgi kosmosa kuģi, kas izmantos svina plāksnes, to rādīs laiks, bet ir skaidrs, ka smagākam kuģim vajadzēs daudz jaudīgāku diznēju.
Ja cilvēks izdomātu nokļūt kaut vai līdz tuvākajai zvaigznei, nāktos atrast iespēju ceļot ar ātrumu, kas tuvs gaismas ātrumam. Patlaban zināmās degvielas ir neefektīvas, jo sadedzinātās masas attiecība pret iegūto enerģiju ir pārāk milzīga. Pat kodoldegvielas gadījumā līdzi jāved milzum liels apjoms degvielas.
Melnais caurums varētu būt pietiekami efektīvs enerģijas avots. Otra iespēja ir matērijas-antimatērijas dzinēji, kuru ieviešanai ir vairāki būtiski šķēršļi, kas ir apzināti jau mūsdienās. Pirmkārt, antimatērijas ražošana patērē ārkārtīgi daudz enerģijas. Otrkārt, uzglabāšana. Pat niecīgas matērijas daļiņas saskarsme ar antimatēriju radīs supersprādzienu, kas iznīcinā visu miljoniem kilometru lielā attālumā. Tātad, antimatēriju šobrīd varam atmest. Iespējams, nākotnē pie tās vēl atgriezīsimiem.
Lai arī antimatēriju iespējams saražot jau mūsdienās, pie melnā cauruma ražošanas neviens vēl nav pieķēries. Tomēr matemātiski ir aprēķināts, ka šāda objekta izveidei vajadzēs miljoniem reižu mazāk enerģijas. Piedevām melnais caurums satur pats sevi. Nevajadzētu ar to sadurties un to pazaudēt, bet melnais caurums neuzsprāgst. Melnais caurums vienkārši aprij matēriju, ar kuru tas saduras, un audzē savu masu.
Tātad, melno caurumu izveidot ir ārkārtīgi grūti, bet to ir vieglāk uzturēt un tas nebūtu tik bīstams kā palielāks daudzums antimatērijas. Lai arī šobrīd īsti nav skaidrs, kā izveidot melno caurumu, ir zināms, ka tur nav jāiesaista fizikas likumi, kas mums nebūtu zināmi šobrīd. Kad melnais caurums ir izveidots, tas sāk starot, ražojot enerģiju.
Klasiskajā izpratnē melnais caurums ir laiktelpas reģions, kurš ir deformēts tik tālu, ka no tā nespēj izlauzties nedz matērija, nedz enerģija. Stīvens Hokings uzskata, ka kvantu daļiņas tomēr spēj izrauties no melnā cauruma važām, radot tā saucamo termālo jeb Hokingsa starojumu. Lai melnais caurums radītu kaut cik vērā ņemamu enerģiju, tam ir jābūt ārkārtīgi niecīgam - efektīvais rādiuss mazāks par 10-10 metri. Šādi melnie caurumi mums zināmajā Visumā dabīgā ceļā nerodas. Hipotētiskie primordiālie melnie caurumi, kas šobrīd varētu būt sasnieguši "sprādziena" stadiju, nav atklāti.
Tātad, kosmosa kuģa "barošanai" būtu nepieciešams melnais caurums, kurš:
- ir pietiekami ilgdzīvotspējīgs, ņemot vērā, ka mazāki melnie caurumi ir ar īsāku mūža garumu;
- ir pietiekami jaudīgs, lai noteiktā laika periodā radītu paātrinājumu un sasniegtu gaismas ātrumu;
- ir pietiekami mazs, lai mums pietiktu enerģijas to izveidot;
- ir pietiekami liels, lai mēs varētu fokusēt enerģiju tā izveidei;
- tā masa ir salīdzināma ar kosmosa kuģa masu.
Izklausās visai neiespējami, bet ir pavisam neliels diapazons, kurā iekļaujoties, iespējams apmierināt visus uzskaitītos kritērijus. Melnais caurums, kura rādiuss ir tikai daži atommetri un masa ir tuva 1 000 000 tonnām, spēs eksistēt vairākas desmitgades vai pat gadsimtus. Ja orbītā ap Sauli 1 000 000 kilometru attālumā izvietotu efektīvus Saules paneļus, kuru garums būtu daži simti kilometru, tad gada laikā varētu savākt pietiekami daudz enerģijas, lai izveidotu šādu subatomāro melno caurumu.
Kā paliek ar ātrumu? Šāds melnais caurums paātrinājumu līdz gaismas ātrumam sasniegtu dažu desmitgažu laikā. Ja melnajam caurumam ļautu kļūt mazākam un karstākam, pirms sāktu tā "piebarošanu", tas būtu vēl efektīvāks.
Kas būtu vajadzīgs, lai īstenotu šādu utopisku ideju? Pirmkārt, melnā cauruma ģenerātors. Tas varētu būt sfēriski konverģējošs gamma staru lāzers. Ideja ir "sapakot" milzīgu daudzumu enerģijas nelielā telpā, lai izveidotos melnais caurums. Otrā ierīce, kura būtu vajadzīga, ir pats melnā cauruma dzinējs, kas spēj izmantot Hokingsa starojumu, barot melno caurumu un vienlaicīgi nodrošināt, lai tas pārvietojas ar tādu pašu ātrumu kā pats dzinējs. Trešais aparāts būtu elektrostacija, kas izmantotu izstarotos gamma starus. Piemēram, gamma staru paneļus, kas būtu daudz efektīvāki par mums patlaban zināmajiem Saules paneļiem.
Zinātniskā fantastika! Kad mēs spekulējam ar idejām par tehnoloģijām, kas ir fizikāli iespējamas, bet tomēr nesasniedzamas, pastāv divi ceļi. Mēs varam "apsmadzeņot" cilvēces nākotnes iespējas vai apsvērt, ka to reiz ir izmēģinājusi jau kāda augstāk attīstīta civilizācija. Ja pirmais tiešām ir tīra zinātniskā fantastika bez jebkādas iespējas to novērot un novērtēt, tad otrās idejas gadījumā ir iespējams izdomāt, kā šāds melnā cauruma dzinējs un tam piesaistītā tehnoloģija varētu izskatīties no Zemes.
Subatomārais melnais caurums ir spēcīgs gamma staru, neitrīno, antineitrīno, elektronu, pozitronu, protonu un antiprotonu avots. Gamma staru teleskopu mērķtiecīga izmantošana varētu atklāt šādus avotus, ja vien saprāta brāļi neizmanto ļoti efektīvus risinājumus, kas rada minimālu gamma staru noplūdi. Papildus daļiņām šāds kosmosa kuģis radītu gravitācijas starojumu kodola frekvencēs, kuras gan mūsdienās vēl joprojām nav iespējams reģistrēt. Ja izdotos izveidot gravitācijas viļņu uztvērējus, kas darbotos specifiskās frekvencēs, tad pozitīva signāla gadījumā mēs varētu pieļaut, ka ir izdevies konstatēt citas saprātīgas civilizācijas darbības pēdas.
Lai arī šāda dzinēja izveide patlaban nav iespējama, subatomārā melnā cauruma radīšana un novērošana būtu daļiņu fizikas "svētais grāls", kas ļautu apzināt daļiņas, kādas eksistē visumā.
Kas zina, varbūt tiešām nākotnē izdosies pakļaut melnos caurumus un kļūt par civilizāciju, kas "valdīs galaktikā".
ArXiv
