Una planta de energía de agujero negro (BHPP) es algo que definiré aquí como una máquina que usa un agujero negro para convertir masa en energía para un trabajo útil. Como tal, constituye el tercer tipo de poder de materia-energía (anteriormente "poder nuclear") que los humanos han considerado, siendo los dos primeros la fisión y la fusión. Dejando de lado el hecho de que el nivel de avance tecnológico necesario para esto está mucho más allá de los humanos modernos, parece estar bastante bien establecido que esto es posible (y tal vez algún día inevitable) entre los físicos. Personalmente, siento que no entiendo la propuesta porque nadie realmente ha creado una imagen coherente de cómo funcionaría. Para mantener esto enfocado, aquí están mis preguntas objetivas:
Relacionado con la conversión en sí:
Relacionado con la aplicación:
Lo siento, no pude envolver esto en una sola pregunta. Lo intenté. Para abordar la preocupación "sobre el tema", escucho a la gente mencionar que la investigación de la energía de fusión tokomak todavía tiene muchas incógnitas que pertenecen al dominio de la física, a diferencia de la ingeniería, que vendrá más adelante en su desarrollo. Traté de editar mi pregunta anterior para que fuera realmente de naturaleza física. Creo que hablo por la mayoría de la gente cuando digo que no entiendo la gran mayoría de la física de los BH. Mi pregunta aquí es, en general, cómo se desarrollaría esa física en una máquina que convierte materia útil en energía.
No sé cómo extraer masa-energía del interior del agujero negro; me parece bastante ineficiente. La radiación de Hawking no es tan poderosa (además de ser muy hipotética), pero es mejor construir una esfera de Dyson alrededor de una estrella. Recuerde, los agujeros negros son, bueno, negros. Si hubiera suficiente radiación de Hawking, dejarían de ser negros y brillarían como estrellas.
La forma eficiente de extraer energía de un agujero negro es extraer su energía de rotación. El 20% 1 de la masa-energía de un agujero negro (en rotación) está en forma de energía rotacional. Esta energía no se almacena dentro del agujero negro, sino que se almacena en el remolino del espacio fuera del agujero negro (en la Ergosfera ). Podemos extraer esta energía enhebrando líneas magnéticas llenas a través del agujero negro. El remolino del espacio hace girar los campos magnéticos, y este remolino crea corriente (no estoy seguro del tratamiento exacto de esto, clásicamente sería alguna forma de inducción electromagnética, pero esto no es física clásica). La corriente fluye a lo largo de las líneas de campo y puede ser captada.
Aquí hay una foto de 1 :
ACTUALIZACIÓN: Ver esto también.
1 Agujeros negros y deformaciones temporales , Kip Thorne. Página 53.
Con esta respuesta, voy a enumerar algunas de mis notas del artículo que @zephyr publicó como comentario, http://arxiv.org/abs/0908.1803v1 . Usar la radiación de Hawking como medio de conversión de masa en energía parece, en una palabra, absurdo. El documento, sin embargo, abordó exactamente eso para usar en impulsar una nave espacial tripulada a las estrellas.
En primer lugar, permítanme enumerar los parámetros del BH discutidos en el documento:
Buenos puntos
Tal nave espacial, por cierto, es una actividad extraordinariamente intensiva en energía. Una fracción importante de la masa de cualquier nave espacial tendría que convertirse necesariamente en energía para que la idea sea viable. Por lo tanto, es necesario que el dispositivo de confianza tenga una eficiencia de conversión de masa en energía muy alta para este proceso. Esta es una de las razones por las que la radiación de Hawking puede ser la única opción viable para ciertos viajes.
Cuando pensamos en diseñar una nave espacial, nuestras consideraciones van más allá de la propia nave. Se necesitarán actividades vinculadas a la Tierra o a la energía solar para construirlo y preparar la fuente de energía. El documento compara la radiación de Hawking con un cohete de antimateria. Hace la afirmación general de que los teóricos no predicen que la eficiencia de producción de antimateria exceda entrada de energía a la masa creada. Ahora, toda la masa de la antimateria se convertirá en propulsor de fotones en servicio en la nave espacial. La cuantificación de la eficiencia de un agujero negro artificial es un poco más complicada. Así que hice una foto.
Básicamente, junta una cierta cantidad de masa para que se comprima más que su horizonte de eventos y tiene un agujero negro. Obviamente, este sería un proceso muy energético, por lo que tenemos que incluir la energía cinética utilizada para juntar esta materia en un punto extremadamente pequeño. Sin embargo, mientras lo usa, puede agregar tanta masa como desee al BH con relativa facilidad porque una vez que está en el horizonte de eventos, se ha agregado a la masa. La radiación Hawking se emitirá continuamente (lo quieras o no), y al final del viaje te quedará algo de masa como BH que no usaste. Es importante incluir esto para una nave espacial porque para una nave espacial la conversión de materia-energía en energía es importante. Para el poder civil, generalmente elLa conversión de energía a energía es importante. Definí la conversión de materia a energía arriba, pero la eficiencia de energía a energía sería:
El punto al que quiero llegar es que la eficiencia de conversión de masa a energía será cercana a 1, similar a la antimateria. La conversión de energía a energía será mucho mayor que 1, a diferencia de para el caso de la antimateria. Basados en energía pura, los BH serían muy eficientes, livianos e ideales para una fuente de empuje interestelar .
La otra razón principal para observar la radiación de Hawking de los agujeros negros artificiales es que tienen un muy buen confinamiento . El uso de antimateria requeriría confinar activamente la antimateria, para lo cual las perspectivas no parecen buenas. Si fallan los métodos de confinamiento activo , se producirá una explosión espectacular que destruirá la nave espacial y el vecindario cósmico local. Un BH, por otro lado, está confinado pasivamente por la gravedad. Si se deja reposar durante el tiempo suficiente, sí, puede evaporarse y destruir tanto, pero eso llevará tiempo.
inconvenientes
En primer lugar, para obtener el nivel de potencia necesario, el BH tendría que ser un "agujero negro subatómico" (SBH), con un radio inferior a . Aparentemente, no sabemos exactamente cuánta energía emitiría un SBH de masa dada, eso requiere básicamente modelos de física de gravedad cuántica, y esos no están completamente decididos.
Además, aparentemente, tal SBH emitiría parte de su masa como masa, no como energía . Esto significa que la masa no se convertiría en empuje para una nave espacial y no se convertiría en energía útil en una aplicación de tipo de planta de energía civil. Además, los neutrinos se crearían y emitirían isotrópicamente, sin aportar nada ni al empuje ni a la energía útil.
Aparentemente, la temperatura del SBH sería muy alta, en algún lugar en el rango de y para los parámetros discutidos en el documento. Estas energías tendrán un gran multiplicador para calcular el daño material por radiación. El blindaje también sería difícil.
La masa entretenida en el periódico es , y para crear el agujero negro, este tendría que ser acelerado/comprimido en un radio subatómico. A riesgo de sonar sarcástico, esto no parece fácil. Básicamente, esto significa que si puedes comprimir el Monte Everest en el volumen de un solo átomo, puedes tener energía libre. Un método discutido es usar "láseres de rayos X convergentes" para hacer esto. Aparentemente, la autogravitación puede ayudar a enfocarlos en un punto. Esa es una buena noticia.
dmckee --- gatito ex-moderador
Manishearth