Reactor de singularitate

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 6 noiembrie 2016; verificările necesită 28 de modificări .

Reactorul singular ( reactor collapsar ) este o sursă de energie ipotetică , în care găurile negre microscopice (colapsars) sunt folosite ca fluid de lucru . Principiul de funcționare al unui astfel de reactor este utilizarea energiei eliberate în timpul evaporării unei găuri negre . Poate fi folosit și ca motor cu reacție .

Sunt luate în considerare două tipuri de reactoare singulare:

acțiune explozivă - produce găuri negre individuale
acțiune continuă - gaura neagră este alimentată constant de materie.

Teoria găurilor negre cerută în acest caz

Conceptul găurii negre ca obiect absolut absorbant a fost corectat de Starobinsky și Zeldovich în 1974 pentru găurile negre rotative, iar apoi, în cazul general, de S. Hawking în 1975 . Studiind comportamentul câmpurilor cuantice din apropierea unei găuri negre, Hawking a prezis că o gaură neagră radiază în mod necesar particule în spațiul cosmic și, prin urmare, pierde din masă [1] . Acest efect se numește radiație Hawking (evaporare) . Mai simplu spus, câmpul gravitațional polarizează vidul, în urma căruia este posibilă formarea de perechi particule - antiparticule nu numai virtuale, ci și reale . Una dintre particule, care s-a dovedit a fi chiar sub orizontul evenimentelor, cade în gaura neagră, iar cealaltă, care s-a dovedit a fi chiar deasupra orizontului, zboară, luând energia (adică o parte din masa) a găurii negre. Puterea de radiație a unei găuri negre este

L={\frac {\hbar c^{6}}{15360\pi G^{2}M^{2}}}={\frac {P_{P}m_{P}^{2} }{15360\pi M^{2}}}

si pierderea in greutate

{\frac {dM}{dt}}=-{\frac {\hbar c^{4}}{15360\pi G^{2}M^{2}}}=-{\frac {m_ {P}^{3}}{15360\pi t_{P}M^{2}}}

Compoziția radiației depinde de dimensiunea găurii negre: pentru găurile negre mari, acestea sunt în principal fotoni fără masă și neutrini ușori , iar particulele grele încep să fie prezente în spectrul găurilor negre ușoare. Spectrul de radiații Hawking pentru câmpuri fără masă sa dovedit a coincide strict cu radiația unui corp absolut negru , ceea ce a făcut posibilă atribuirea unei temperaturi găurii negre.

T_{H}={\frac {\hbar c^{3}}{8\pi kGM}}={\frac {E_{P}^{2}}{8\pi kMc^{2} ))={\frac {m_{P}^{2}c^{2}}{8\pi kM}}={\frac {(m_{P}c)^{2}}{8\pi kM ))={\frac {T_{P}m_{P}}{8\pi M}}

unde ħ este constanta Planck redusă , c este viteza luminii, k este constanta Boltzmann , G este constanta gravitațională , M este masa găurii negre, este energia Planck , este masa Planck , este impulsul Planck , este temperatura Planck , este puterea Planck , este timpul puterii Planck . $E_{P}$ $m_{P)$ $m_{P}c$ $T_{P}$ $P_{P}$ $t_{P}$

Pe această bază, a fost construită termodinamica găurilor negre, inclusiv conceptul cheie al entropiei unei găuri negre, care s-a dovedit a fi proporțională cu aria orizontului său de evenimente:

S={\frac {Akc^{3}}{4\hbar G}}={\frac {Ak}{4S_{P}}}={\frac {Ak}{4{\ell }_ {P}^{2}}}

unde este aria orizontului evenimentului, este zona Planck și este lungimea Planck . $A$ $S_{P)$ ${\ell }_{P)$

Viteza de evaporare a unei găuri negre este cu atât mai mare, cu atât dimensiunea acesteia este mai mică [2] . Evaporarea găurilor negre de scări stelare (și în special galactice) poate fi neglijată, totuși, pentru găurile negre primare și mai ales pentru găurile negre cuantice, procesele de evaporare devin centrale.

Din cauza evaporării, toate găurile negre pierd din masă și durata lor de viață se dovedește a fi finită:

\tau ={\frac {5120\pi G^{2}M^{3}}{\hbar c^{4}}}

În același timp, intensitatea evaporării crește ca o avalanșă, iar etapa finală de evoluție este de natura unei explozii, de exemplu, o gaură neagră cu o masă de 1000 de tone se va evapora în aproximativ 84 de secunde, eliberând energie egală. la o explozie de aproximativ zece milioane de bombe atomice de putere medie.

În același timp, găurile negre mari, a căror temperatură este sub temperatura radiației cosmice de fond cu microunde (2,7 K), pot crește doar în stadiul actual de dezvoltare a Universului, deoarece radiația pe care o emit are mai puțină energie decât radiatii absorbite. Acest proces va dura până când gazul fotonic al radiației cosmice de fond cu microunde se va răci ca urmare a expansiunii Universului.

Fără teoria cuantică a gravitației, este imposibil de descris stadiul final al evaporării, când găurile negre devin microscopice (cuantice) [2] .

Alimentarea găurilor negre

Materia care alimentează gaura neagră va fi forțată să depășească presiunea ușoară a radiației Hawking.

Pentru a calcula presiunea luminii la incidența normală a radiației și fără împrăștiere, puteți utiliza următoarea formulă:

p={\frac {I}{c}}(1-k+\rho ),

unde este intensitatea radiației incidente; este viteza luminii , este transmisia , este coeficientul de reflexie . $eu$ $c$ $k$ $\rho$

Aici

I={\frac {L}{\pi R^{2}}}

R este poziția curentă a materiei ejectate în raport cu MBLH (în continuare, mica gaură neagră).

Ecuația de echilibru a unei nave spațiale pe găuri negre mici

Masa navei stelare pe mici găuri negre:

$M=M_{s}+M_{d}+M_{k},$

unde: M este masa totală a navei; M s este masa micii găuri negre a navei; M d este masa sistemului de propulsie al navei; M k este masa sarcinii utile.

Ls este puterea de radiație a găurii negre $Ls={\frac {\hbar c^{6}}{15360\pi G^{2}M_{s}^{2}}},$

consumul de masă al găurilor negre mici ${\frac {dM_{s}}{dt}}=-{\frac {\mu v\hbar c^{4}}{15360\pi G^{2}M_{s}^{2} }}.$

accelerarea unei astfel de nave în cazul radiaţiei pure $a={\frac {\mu uLs}{Mc)).$

temperatura găurii negre $T_{H}={\frac {\hbar c^{3}}{8\pi kGM_{s}}},$

unde: este constanta Planck redusă, c este viteza luminii, k este constanta Boltzmann, G este constanta gravitațională. $\hbar$

Aceste formule iau în considerare eficiența sistemului:

\mu v

— cât de multă materie poate fi împinsă în MCH pentru a-l menține în echilibru; — câtă cantitate din energia rezultată poate fi trimisă către acceleratoare și cât se duce la radiatoare.

\mu u

Și acum bilanțul. Relaționează mase și accelerație:

Kss=M_{s}^{2}(M_{s}+M_{d}+M_{k})a

Kss={\frac {\hbar c^{5}}{15360\pi G^{2}}}

Valoarea lui Kss este 1,19 * 10 24 kg 3 m / s 2 .

Unitatea de găuri negre în science fiction

Conceptul de reactoare singulare a apărut în science fiction după apariția teoriei lui Hawking. Ele sunt văzute ca o alternativă la reactoarele de anihilare și reactoarele artificiale de descompunere a protonilor , deoarece efectul Hawking poate fi văzut ca o modalitate alternativă la anihilare de a transforma materia în energie . În ciuda faptului că un astfel de reactor, spre deosebire de majoritatea surselor de energie fantastice, are o justificare științifică, multe aspecte tehnice ale implementării unui astfel de dispozitiv sunt complet de neînțeles, în primul rând, metoda de producere și reținere a găurilor negre.

Singularitatea reactorului sau motorului într-o formă sau alta se găsește în diverse lucrări de science fiction și jocuri:

Alfa Centauri a lui Sid Meier
Babilonul 5
Războiul Stelelor – „Reactor de singularitate”
X3 - „Singularity Engine Time Accelerator”
Anihilare totală: primăvară
Space Rangers 2
Stargate: SG-1 (și seria soră)
Star Trek - Reactoarele singulare au fost folosite de romulani.
Stația spațială 13 - În majoritatea versiunilor de joc, motorul Singularity este principala sursă de energie pentru stație și este probabil folosit pentru a corecta orbita.
Prin orizont

Note

↑ Hawking, SW Explozii de găuri negre? (engleză) // Natură. - 1974. - Vol. 248 , nr. 5443 . - P. 30-31 . - doi : 10.1038/248030a0 . — .
↑ 1 2 Evaporarea găurilor negre? (link indisponibil) . einstein online . Institutul Max Planck pentru Fizică Gravitațională (2010). Consultat la 12 decembrie 2010. Arhivat din original la 23 iunie 2012. (nedefinit)

Literatură

L. Crane, S. Westmoreland. Sunt posibile navele cu găuri negre ? — 2009.

L. Macara. Implicații posibile ale teoriei cuantice a gravitației . — 1994.

Link -uri

Găuri negre

Tipuri

Dimensiuni

Educaţie

Proprietăți

orizontul evenimentelor
Termodinamica găurilor negre
Raza gravitațională
Sferă fotonică
Ergosferă
Procesul Penrose
Procesul Blanford - Znaeka
Acreția Bondi
spaghetificare
Lentila gravitațională
Raportul M-sigma
Oscilații cvasi-periodice
Radiația Hawking
Dispariția informațiilor într-o gaură neagră

Modele

Paradigma membranei
Singularitatea gravitațională
Singularitatea inelului
gaura neagră primordială
Gravastar
Stea intunecata
stea cu energie întunecată
Steaua Neagră
Magnetosferă care se prăbușește permanent
Fazball
Singularitate goală
gaura alba
Mole Hole
parametrul Immirji
Kugelblitz
Quasistar
Steaua Planck
Casp Bacalla - Wolfa

teorii

Soluții exacte în relativitatea generală

Schwarzschild
Kerra
Reisner-Nordström
Kerr-Newman
Soluție exactă a găurii negre

subiecte asemănătoare

Categorie:Gauri negre