Singularitní reaktor

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 6. listopadu 2016; kontroly vyžadují 28 úprav .

Singulární reaktor ( kolapsarový reaktor ) je hypotetický zdroj energie , kde se jako pracovní tekutina používají mikroskopické černé díry ( kolapsary ) . Principem činnosti takového reaktoru je využití energie uvolněné při vypařování černé díry . Může být také použit jako proudový motor .

Uvažují se dva typy singulárních reaktorů:

výbušná akce – vytváří jednotlivé černé díry
nepřetržité působení – černá díra je neustále napájena hmotou.

Teorie černých děr požadovaná v tomto případě

Koncept černé díry jako absolutně pohlcujícího objektu byl v roce 1974 opraven Starobinskym a Zeldovichem na rotující černé díry a poté, v obecném případě, S. Hawkingem v roce 1975 . Studiem chování kvantových polí v blízkosti černé díry Hawking předpověděl, že černá díra nutně vyzařuje částice do vesmíru a tím ztrácí hmotnost [1] . Tento efekt se nazývá Hawkingovo záření (vypařování) . Zjednodušeně řečeno, gravitační pole polarizuje vakuum, v důsledku čehož je možný vznik nejen virtuálních, ale i reálných párů částice - antičástice . Jedna z částic, která se ukázala být těsně pod horizontem událostí, spadne do černé díry a druhá, která se ukázala být těsně nad horizontem, odletí a odebere energii (tj. část hmotnost) černé díry. Radiační síla černé díry je

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

a hubnutí

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

Složení záření závisí na velikosti černé díry: u velkých černých děr jsou to hlavně bezhmotné fotony a lehká neutrina a těžké částice se začínají vyskytovat ve spektru lehkých černých děr. Ukázalo se, že spektrum Hawkingova záření pro bezhmotná pole se striktně shoduje se zářením absolutně černého tělesa , což umožnilo přiřadit teplotu černé díře.

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}}

kde ħ je redukovaná Planckova konstanta , c je rychlost světla, k je Boltzmannova konstanta , G je gravitační konstanta , M je hmotnost černé díry, je Planckova energie , je Planckova hmotnost , je Planckova hybnost , je Planckova teplota , je Planckova síla , je doba Planckovy energie . $E_{P}$ ${\displaystyle m_{P))$ $m_{P}c$ $T_{P}$ $P_{P}$ $t_{P}$

Na tomto základě byla postavena termodynamika černých děr, včetně klíčového konceptu entropie černé díry, která se ukázala být úměrná ploše jejího horizontu událostí:

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

kde je oblast horizontu událostí, je Planckova oblast a je Planckova délka . $A$ ${\displaystyle S_{P))$ ${\displaystyle {\ell }_{P))$

Rychlost vypařování černé díry je tím větší, čím menší je její velikost [2] . Odpařování černých děr hvězdných (a zejména galaktických) měřítek lze zanedbat, nicméně pro primární a zejména pro kvantové černé díry se vypařovací procesy stávají ústředními.

V důsledku vypařování všechny černé díry ztrácejí hmotnost a jejich životnost se ukazuje jako konečná:

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

Zároveň se intenzita vypařování zvyšuje jako lavina a konečná fáze evoluce má charakter exploze, například černá díra o hmotnosti 1000 tun se odpaří asi za 84 sekund a uvolní energii rovnou k výbuchu asi deseti milionů atomových bomb středního výkonu.

Zároveň velké černé díry, jejichž teplota je nižší než teplota záření kosmického mikrovlnného pozadí (2,7 K), mohou růst pouze v současné fázi vývoje vesmíru, protože záření, které vyzařují, má menší energii než absorbované záření. Tento proces bude trvat, dokud se fotonový plyn kosmického mikrovlnného záření v důsledku rozpínání vesmíru neochladí.

Bez kvantové teorie gravitace je nemožné popsat konečnou fázi vypařování, kdy se černé díry stávají mikroskopickými (kvantovými) [2] .

Napájení černých děr

Hmota živící černou díru bude nucena překonat lehký tlak Hawkingova záření.

Pro výpočet tlaku světla při normálním dopadu záření a bez rozptylu můžete použít následující vzorec:

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

kde je intenzita dopadajícího záření; je rychlost světla , je propustnost , je koeficient odrazu . $já$ $C$ $k$ $\rho$

Tady

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

R je aktuální poloha vyvržené hmoty vzhledem k MBLH (dále jen malá černá díra).

Bilanční rovnice hvězdné lodi na malých černých dírách

Hmotnost hvězdné lodi na malých černých dírách:

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

kde: M je celková hmotnost lodi; M s je hmotnost malé černé díry lodi; M d je hmotnost lodního pohonného systému; M k je hmotnost užitečného zatížení.

Ls je radiační síla černé díry $Ls={\frac {\hbar c^{6}}{15360\pi G^{2}M_{s}^{2}}},$

masová spotřeba malých černých děr ${\frac {dM_{s}}{dt}}=-{\frac {\mu v\hbar c^{4}}{15360\pi G^{2}M_{s}^{2} }}.$

zrychlení takové lodi v případě čistého záření $a={\frac {\mu uLs}{Mc)).$

teplota černé díry $T_{H}={\frac {\hbar c^{3}}{8\pi kGM_{s}}},$

kde: je redukovaná Planckova konstanta, c je rychlost světla, k je Boltzmannova konstanta, G je gravitační konstanta. $\hbar$

Tyto vzorce berou v úvahu účinnost systému:

\mu v

— kolik hmoty lze vtlačit do MCH, aby byl udržován v rovnováze, — kolik z výsledné energie lze poslat do urychlovačů a kolik jde do radiátorů.

\mu u

A nyní rozvaha. Vztahuje se k hmotnosti a zrychlení:

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

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

Hodnota Kss je 1,19 * 10 24 kg 3 m/s 2 .

Černá díra ve sci-fi

Koncept singulárních reaktorů vznikl ve sci-fi po příchodu Hawkingovy teorie. Jsou považovány za alternativu k anihilačním reaktorům a reaktorům s umělým rozpadem protonů , protože Hawkingův efekt lze považovat za alternativní způsob anihilace k přeměně hmoty na energii . Navzdory skutečnosti, že takový reaktor, na rozdíl od většiny fantastických zdrojů energie, má vědecké opodstatnění, mnoho technických aspektů implementace takového zařízení je zcela nepochopitelných, především způsob výroby a zadržování černých děr.

Singularitní reaktor nebo motor v té či oné podobě se nachází v různých dílech sci-fi a her:

Alfa Centauri Sida Meiera
Babylon 5
Star Wars – „Reaktor Singularity“
X3 - "Singularity Engine Time Accelerator"
Úplné zničení: Jaro
Strážci vesmíru 2
Stargate: SG-1 (a sesterská série)
Star Trek – Singulární reaktory používali Romulané.
Vesmírná stanice 13 – Ve většině verzí hry je Singularity Engine hlavním zdrojem energie pro stanici a pravděpodobně se používá ke korekci orbity.
Přes horizont

Poznámky

↑ Hawking, SW Výbuchy černých děr? (anglicky) // Nature. - 1974. - Sv. 248 , č.p. 5443 . - str. 30-31 . - doi : 10.1038/248030a0 . — .
↑ 1 2 Vypařování černých děr? (nedostupný odkaz) . einstein online . Institut Maxe Plancka pro gravitační fyziku (2010). Získáno 12. prosince 2010. Archivováno z originálu dne 23. června 2012. (neurčitý)

Literatura

L. Crane, S. Westmoreland. Jsou možné hvězdné lodě Black Hole . — 2009.

L. Crane. Možné důsledky kvantové teorie gravitace . — 1994.

Odkazy

Černé díry

Typy

Rozměry

Vzdělání

Vlastnosti

Modelky

teorie

Přesná řešení v obecné teorii relativity

Schwarzschild
Kerra
Reisner-Nordström
Kerr-Newman
Přesné řešení černé díry

související témata

Kategorie:Černé díry