Вращающиеся черные дыры — самое мощное явление в известной нам Вселенной. Их мощная гравитация радикально искривляет пространство-время вокруг, что приводит к релятивистским эффектам — таким как замедление времени, искажение света, а также падение материи, закручивающейся в аккреционные диски.
Такие диски у сверхмассивных черных дыр в центрах галактик разгоняются до близких к световой скоростей и ярко излучают, затмевая звезды поблизости.
Теория
В 1969 году сэр Роджер Пенроуз выдвинул теорию, что развитые цивилизации могли бы использовать энергию вращения черных дыр в качестве источника энергии. Профессор физики Хорхе Пиночет из Столичного университета образовательных наук в Чили недавно проанализировал, как теория Пенроуза могла бы быть реализована. Исследование потенциального источника колоссальной энергии для использования развитой цивилизацией — а в будущем, возможно, и человечеством — подготовлено к печати в Revista Mexicana de Fisica E.
Решения Керра и Керра–Ньюмена предполагают, что все черные дыры вращаются. Это вращение увлекает за собой материю в эргосфере (между горизонтом событий и пределом статичности) и даже само пространство-время (эффект Лензе–Тирринга или увлечение инерциальных систем отсчета).
Получение энергии от вращения черной дыры может быть в десятки раз эффективнее термоядерных реакций, бурлящих в Солнце, уверен Пиночет.
«В непосредственной близости от вращающейся черной дыры частица будет вращаться вокруг нее со скоростью, близкой к максимально допустимой законами физики, — скорости света в вакууме, которая составляет 300 000 км/с. Но движение — это самая базовая форма энергии. Как мы помним из школы, энергия, связанная со скоростью, называется кинетической. Черная дыра, таким образом, передает вращательную кинетическую энергию объектам в ее окрестностях, — объясняет он. — Эту энергию можно использовать разными способами, при условии, что объекты, захваченные вращением, не пересекают точку невозврата черной дыры — так называемый горизонт событий. Как только объект попадает за горизонт событий, он навсегда оказывается в ловушке мощной гравитации черной дыры, и его энергия не может быть использована».
В своей оригинальной статье «Гравитационный коллапс: роль общей теории относительности» Пенроуз предложил механизм, который теоретически мог бы разогнать космический корабль до релятивистских скоростей (долей скорости света), позволяя ему перемещаться между звездными системами за годы, а не за столетия или дольше. И тот же самый процесс может использоваться в качестве источника энергии достаточно развитой цивилизацией.
Это согласуется с общепринятыми теориями о цивилизациях и уровне их технического развития. По широко известной шкале Кардашева цивилизация, способная использовать энергию черных дыр, должна занимать положение между типом II и III. Такая возможность предсказана и гипотезой трансценденции, предложенной Джоном М. Смартом в 2012 году.
Практика
Однако по мнению Пиночета, оригинальная теория непрактична, поскольку требует чрезвычайно высокой скорости, точности и синхронизации. Гораздо более перспективный метод, по его словам, заключается в использовании энергии, выделяемой аккреционными дисками, которые вращаются вокруг черных дыр за пределами их горизонта событий: «Природа нашла более практичный и жизнеспособный способ извлечения энергии из вращающихся черных дыр, используя так называемые квазары и микроквазары. Когда вращение происходит вокруг сверхмассивной черной дыры, чья типичная масса составляет примерно от миллиона до десяти миллиардов солнечных масс, мы говорим о квазаре. Если черная дыра звездной массы (от трех до 100 солнечных) — тогда это микроквазар. Помимо аккреционного диска, эти явления сопровождаются релятивистскими джетами, которые представляют собой струи частиц, движущихся с околосветовыми скоростями».
Способ получения энергии из квазаров и микроквазаров предложен в 1977 году физиками Роджером Блэндфордом и Романом Знайеком и в честь них назван процессом Блэнфорда–Знаека (BZ механизм). Он предполагает применение устройства для изменения магнитного поля в эргосфере и, поскольку эргосфера заставляет магнитосферу внутри нее вращаться, исходящий поток углового момента может быть использован для извлечения энергии.
Будущее
Такие процессы могут быть, прежде всего, потенциальной сигнатурой для поиска внеземного разума проектами типа SETI и, возможно, станут частью отдаленного будущего человечества.
«Эта тема не была широко исследована — вероятно, потому, что она слишком далека от наших текущих технологических возможностей. В любом случае, не будет неразумным предположить, что когда-то в очень далеком будущем наша цивилизация сумеет найти во вращающихся черных дырах чистое и эффективное решение сложных энергетических проблем, с которыми нам, несомненно, придется столкнуться как обществу — при условии, что мы сможем пережить наше нынешнее технологическое младенчество», — заключил физик.