Чернодырный привод

[Foma]

Интересная статья в Physical Review Letters на тему создания черных дыр подручными средствами (доступна также препринтом arXiv:2405.02389)

Постоянные читатели темы уже знают, что микроскопические черные дыры очень полезны в хозяйстве и идеально подходят для привода межзвездных кораблей. Как показано в arXiv:0908.1803, минимально практичная для дальних путешествий ЧД имеет массу ~1 млн тонн, время жизни ~100 лет, температуру ~10 ГэВ и выдает мощность (по Хокингу) ~100 петаватт (10¹⁷ Вт) - примерно столько Земля получает от Солнца. При этом она сравнительно крупная, несколько аттометров (10^-18 м), что сопоставимо с размерами ряда адронов и даже протон (831 ам) туда при желании можно запихать.
Вопрос лишь в том, как такую ЧД сделать. Популярное решение состоит в концентрации огромного количества электромагнитной энергии в небольшой области пространства, что вызовет его искривление и коллапс в ЧД. Уравнения ОТО и Максвелла это не запрещают, что в свое время породило немало научных работ. Известно и возражение, возникающее из квантовой теории: требуемые напряженности поля оказываются настолько велики, что приводят к рождению ультрарелятивистских электрон-позитронных пар, которые быстро выносят энергию наружу и коллапс не происходит.
Статья в Phys. Rev. Lett. впервые рассматривает этот вопрос количественно. Показано, что эффект существеннен и классическая схема на современной технологической базе неработоспособна.  Для образования ЧД характерная напряженность электрического поля должна составлять не менее 10²⁷ Вольт/R, где R - размер области в м. Для сравнения - рекордные поля магнетаров не превышают 10¹⁹ В/м. То есть формально коллапс требует совершенно экзотических условий - нечто размером 10⁸ м, с полем магнитара и мгновенной мощностью на многие порядки больше ярчайших квазаров. Впрочем, авторы отмечают, что рождение пар сильно зависит от временных и пространственных характеристик поля и других обстоятельств. Например, эффект сильно подавляется, если масштаб неоднородности поля меньше характерного масштаба рождения пары l=mc²/eE, и возможно гамма-кванты с энергией >100 ТэВ (λ~10^-21 м) решат проблему. Не исключены и другие обходные пути и фундаментальных препятствий тут видимо нет. Другое дело, во что это все выльется. Создание даже затравочной ЧД, которую потом можно "раскормить" во что-то полезное, потребует тысяч тонн чистой энергии - считай, тысяч тонн антивещества. При том, что сейчас человечество производит 160000 ТВт*ч энергии в год, что эквивалентно всего 6 тоннам антивещества. Когда (и если) мы освоим нужные масштабы, проблемы межзвездных путешествий и энергетики будут решены без всяких ЧД.

[NukeOsom]

Т

(доступна также препринтом arXiv:2405.02389)

3 из 4-х авторов из
Waterloo, Ontario, N2L 2Y5, Canada 
Не, это несерьёзно

[skvj]

Как только научаться работать с гравитацией, так сразу и создадут хоть чёрную, хоть зелёную дыру.

Дико извиняюсь, прорвало)))

Гоп-стоп, попалась черная дыра!
Гоп-стоп, ты уважала Шварцшильда!
Но черный цвет теперь не модный
Тренд салатово-зеленый!
И кисточкой по морде получай!
Теперь расплачиваться поздно
Посмотри на эти звёзды!
Ты видишь это всё в последний раз!
Ты нагло волосы носила!
Мягко Хокингу стелила!
Мир космический забыла
Ты всю галактику, скотина, подвела!
И вот ты ходишь мимо с понтом
Что ты спаслась за горизонтом
Но мы идем единым фронтом!
От нашей, б..ь, науки не сбежать!

[vika vorobyeva]

Чернодырный привод имеет смысл только в том случае, если реликтовые черные дыры малых масс и есть та субстанция, которую мы воспринимаем как темную материю. Я как-то считала, что если масса таких дыр соответствует диапазону, еще не закрытому наблюдениями (например, масса одной дыры равна массе 200-километрового астероида), и если вся ТМ образована этими реликтовыми дырами, то до ближайшей дыры в среднем 800 а.е., и за всю историю существования Земли был хороший шанс с нею не столкнуться.
Тогда наша задача состояла бы в поиске таких дыр и их использовании.
Делать такую дыру – конечно, полное безумие. Энергию, потребную для ее создания, гораздо разумнее употребить непосредственно на нужды народного хозяйства.

Upd Нашла тот старый пост: https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,122707.msg5528494.html#msg5528494
Среднее расстояние между реликтовыми дырами около 3 тыс. а.е., и да, если они существуют, их нужно прицельно искать для дальнейшего использования.

[Foma]

Чернодырный привод имеет смысл только в том случае, если реликтовые черные дыры малых масс и есть та субстанция, которую мы воспринимаем как темную материю. Я как-то считала, что если масса таких дыр соответствует диапазону, еще не закрытому наблюдениями (например, масса одной дыры равна массе 200-километрового астероида), и если вся ТМ образована этими реликтовыми дырами, то до ближайшей дыры в среднем 800 а.е., и за всю историю существования Земли был хороший шанс с нею не столкнуться.
Тогда наша задача состояла бы в поиске таких дыр и их использовании.
Делать такую дыру – конечно, полное безумие. Энергию, потребную для ее создания, гораздо разумнее употребить непосредственно на нужды народного хозяйства.

Upd Нашла тот старый пост: https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,122707.msg5528494.html#msg5528494
Среднее расстояние между реликтовыми дырами около 3 тыс. а.е., и да, если они существуют, их нужно прицельно искать для дальнейшего использования.

Реликтовые ЧД астероидных масс - модная тема. Сейчас множество статей на тему их возможных проявлений в астрофизике, от гравитационно-волнового фона (arXiv:2405.13871) до пожирания ими звезд (arXiv:2406.03114, arXiv:2405.08113) - в умелых руках это на самом деле адская вещь.
В плане распространенности таких ЧД наиболее сильные ограничения получены из космического рентгеновского фона. Если наши представления об испарении ЧД верны, они должны давать заметное количество жесткого излучения. Наблюдаемое отсутствие которого дает ограничения на долю микроЧД в темной материи на уровне 10^-5...10^-3, в зависимости от их массы (arXiv:2404.17119). Так что до ближайшей ЧД придется лететь сильно дальше 3000 а.е.

[vika vorobyeva]

Наблюдаемое отсутствие которого дает ограничения на долю микроЧД в темной материи на уровне 10-5...10-3, в зависимости от их массы

Спасибо, интересно!
Но если темная материя образована не реликтовыми микро-ЧД, то согласно бритве Оккама, проще пока считать, что реликтовых микро-ЧД вообще нет, как нет "струн" и монополей.
Даже не знаю, хорошо это ли плохо. Наверно, хорошо, потому что микро-ЧД это действительно чудовищная вещь, особенно если их много.

[gans2]

требуемые напряженности поля оказываются настолько велики, что приводят к рождению ультрарелятивистских электрон-позитронных пар, которые быстро выносят энергию наружу

Но тогда у нас получается энергия из вакуума, которую можно снимать магнитным полем. Например собирая лептонные пучки и сталкивая их.

[PostAlien]

Интересная статья в Physical Review Letters на тему создания черных дыр подручными средствами (доступна также препринтом arXiv:2405.02389)

Постоянные читатели темы уже знают, что микроскопические черные дыры очень полезны в хозяйстве и идеально подходят для привода межзвездных кораблей. Как показано в arXiv:0908.1803, минимально практичная для дальних путешествий ЧД имеет массу ~1 млн тонн, время жизни ~100 лет, температуру ~10 ГэВ и выдает мощность (по Хокингу) ~100 петаватт (10¹⁷ Вт) - примерно столько Земля получает от Солнца. При этом она сравнительно крупная, несколько аттометров (10^-18 м), что сопоставимо с размерами ряда адронов и даже протон (831 ам) туда при желании можно запихать.
Вопрос лишь в том, как такую ЧД сделать. Популярное решение состоит в концентрации огромного количества электромагнитной энергии в небольшой области пространства, что вызовет его искривление и коллапс в ЧД. Уравнения ОТО и Максвелла это не запрещают, что в свое время породило немало научных работ. Известно и возражение, возникающее из квантовой теории: требуемые напряженности поля оказываются настолько велики, что приводят к рождению ультрарелятивистских электрон-позитронных пар, которые быстро выносят энергию наружу и коллапс не происходит.
Статья в Phys. Rev. Lett. впервые рассматривает этот вопрос количественно. Показано, что эффект существеннен и классическая схема на современной технологической базе неработоспособна.  Для образования ЧД характерная напряженность электрического поля должна составлять не менее 10²⁷ Вольт/R, где R - размер области в м. Для сравнения - рекордные поля магнетаров не превышают 10¹⁹ В/м. То есть формально коллапс требует совершенно экзотических условий - нечто размером 10⁸ м, с полем магнитара и мгновенной мощностью на многие порядки больше ярчайших квазаров. Впрочем, авторы отмечают, что рождение пар сильно зависит от временных и пространственных характеристик поля и других обстоятельств. Например, эффект сильно подавляется, если масштаб неоднородности поля меньше характерного масштаба рождения пары l=mc²/eE, и возможно гамма-кванты с энергией >100 ТэВ (λ~10^-21 м) решат проблему. Не исключены и другие обходные пути и фундаментальных препятствий тут видимо нет. Другое дело, во что это все выльется. Создание даже затравочной ЧД, которую потом можно "раскормить" во что-то полезное, потребует тысяч тонн чистой энергии - считай, тысяч тонн антивещества. При том, что сейчас человечество производит 160000 ТВт*ч энергии в год, что эквивалентно всего 6 тоннам антивещества. Когда (и если) мы освоим нужные масштабы, проблемы межзвездных путешествий и энергетики будут решены без всяких ЧД.

Насколько я понимаю, поднятая авторами проблема разрешима, если гразерный импульс не просто будет содержать в себе достаточно энергии (≈ 90 йотаджоулей для мегатонной чёрной дыры) и иметь достаточно малую длину волны, но и к тому же будет очень коротким, йоктосекундным. Тогда можно обеспечить достаточную плотность энергии.

[PostAlien]

Делать такую дыру – конечно, полное безумие. Энергию, потребную для ее создания, гораздо разумнее употребить непосредственно на нужды народного хозяйства.

Суть в том, что если мы сможем сбрасывать в микроскопическую чёрную дыру обычную материю, то тогда у нас будет источник энергии, сингулярный реактор. Его можно использовать для питания звездолёта, а можно и для других целей. Он очень быстро окупит вложенную энергию, даже с учётом низкой эффективности производства чёрных дыр. Такая возможность изучалась, например, в статье Black hole as the ultimate energy source.

[PostAlien]

Но тогда у нас получается энергия из вакуума, которую можно снимать магнитным полем. Например собирая лептонные пучки и сталкивая их.

Вы поаккуратнее с выражениями. Пары Швингера образуются не из вакуума, а из энергии гамма-квантов. Просто конверсия электромагнитной энергии в материю (и кинетическую энергию), процесс обратный аннигиляции. Законы сохранения тут не нарушаются, извлечь энергию, превышающую вложенную, тут невозможно. Собственно, проблема в том, что при недостаточной интенсивности излучения они будут уносить его энергию слишком быстро, и на образование кугельблица её не хватит. Хотя этот эффект можно использовать для эффективного производства антивещества – вмести с обычными частицами образуются античастицы. Причём требуемая для этого интенсивность излучения уже не так уж и далека от современных возможностей. Подобный источник антиматерии предлагалось использовать для проекта VARIES.

[Ремвер]

Делать такую дыру – конечно, полное безумие. Энергию, потребную для ее создания, гораздо разумнее употребить непосредственно на нужды народного хозяйства.

Суть в том, что если мы сможем сбрасывать в микроскопическую чёрную дыру обычную материю, то тогда у нас будет источник энергии, сингулярный реактор. Его можно использовать для питания звездолёта, а можно и для других целей. Он очень быстро окупит вложенную энергию, даже с учётом низкой эффективности производства чёрных дыр.

Хм, это похоже на огонь, добытый первобытными людьми. Сначала пришлось попотеть, чтобы его получить, а потом его подкармливали, бережно сохраняя.

[alex_semenov]

Можно я как ретроград (не включивший чёрнодырочный привод, как и антиматерию, в своё дерево возможных технологий полётов к звездам), злобно поёрничаю? При этом злобно и над вами и над собой. Хотите? Над нами всеми! Картина маслом...



"Дывысь Мыколка!... Ой дурнi людЫ! Ой дурнi!!!"*

*Быль.
В далёкие 90е, если не 80е мы помогаем другу-художнику (много раз поминавшемуся тут) переезжать из флигеля (они с женой и сыном Вовкой снимали в частном секторе) в квартиру, которую они только-что сняли в другой части города (через годы у них только появится своё жильё). И вот на нашу загрузку всего собранного барахла в машину (а его было немеренно, и не столько мебели, сколько картины, краски, рамы...)  собрались смотреть некоторые соседи. И один сосед с ребёнком-пацаном, увидев огромные связки книжек (у Славика была просто безумная библиотека) - указывал пальцем своему сыну-пацану и говорил: "Дывысь Мыколка! КныжкЫ! Скiлкi кныжОк! Ой дурнi люды! Ой дурнi!!!"
И его это жутко веселило. Он чувствовал своё житейское превосходство! Люди книжки мало того что читают, так и за собой таскают! И сына учил, мол, дурнi люды якi, га?!!!
Я эту сцену не видел (стоял наверху, в кузове машины и принимал барахло), а Славик (как грибник и художник) сцену засёк краем глаза и потом неоднократно со смехом воспроизводил (он сам "от сохи", из хобитовки под названием Ковалiвка, но его всё время тянуло "к странному", но без этого, новомодного...) Он "соль земли", эту приземлённость людей, хорошо чувствовал... Это стало внутренним мемом в нашем общении позже. Когда мы что-то собирались сделать недоступное уму обычных людей, (скажем уехать на велосипедах хрен знает куда, надрываться давить педали, чтобы просто пофоткать коряги выброшенные приливом на берегу водохранилища), то мы же "Дурнi людЫ"! Особенно смешно это было вспомнить если приключения обещали вылиться в неприятности... Ну не рассчитали силы... И ради чего полiзлы в таку халепу? А? Дурi людЫ! И таки, да, дурнi!
 
Вот я и говорю, глядя на ваши потуги с чернодырочным приводом, с колокольни житейского превосходства приземлённого рогуля-селюка. Дурные же вы тут людЫ, га?! Ой дурные!!!! Бозоны-хмезоны-хреоны! Нихрена же не выйдет! Не будет работать! Не укусишь, не запряжёшь, не поедешь! Обязательно что-то не сложится.
Слишком "сложно"...
Хотя... Не зря я себя на место того селюка ставлю... Хотите таки за флажки привычного, за пределы Пёрышкина? Поискать на границе? Раз и... в дамки? Понимаю. Ну-ну!... Пробуйте! Я себе житейски-мудро запретил. Может и зря...
Хотеть не вредно. Вредно не хотеть... Хотя хотите вы ну явно дурного!... Хотите вы (выражаясь эзоповым языком) выпить море, так и не перекрыв все впадающие в него реки... "Дурные люди!" (с)

[alex_semenov]

Хм, это похоже на огонь, добытый первобытными людьми. Сначала пришлось попотеть, чтобы его получить, а потом его подкармливали, бережно сохраняя.

Проблема в том (я не слежу, может я не прав) что в такую маленькую чёрную дыру вы не можете сбрасывать материю. Вы тупо не можете ее подкармливать ничем снаружи. Я не вникал, но сечение взаимодействия любой частицы с такой дырой просто по законам квантовой механики делает такую подкормку невозможной. Хотя я в этом почти не шарю... Может что-то придумали (но только не говорите что воронку из отрицательной материи. Алькьюберизм этот - на нюх не выношу!)...
Да, было бы круто, если бы микро-чёрную дыру можно было кормить материей. "Карманный" сверхисточник энергии. E=mс² из любого мусора... Просто брось и все! Это же в с² круче полевого синтезатора "Медас"!

"Румата носком ботфорта придвинул к выходному желобу ржавое ведро. И сейчас же - дзинь, дзинь,дзинь! - посыпались на мятое жестяное дно золотые кружочки с аристократическим профилем Пица Первого, короля Арканарского"

Но вот эта непомерная крутость и смущает... Давно живу, знаете ли...  Пiшлы, Мыколка, чай с'орбаты, дурнi люды, ну шо ты iм зробышь, га?!

[PathFinder]

Вот я и говорю, глядя на ваши потуги с чернодырочным приводом, с колокольни житейского превосходства приземлённого рогуля-селюка. Дурные же вы тут людЫ, га?! Ой дурные!!!! Бозоны-хмезоны-хреоны! Нихрена же не выйдет! Не будет работать! Не укусишь, не запряжёшь, не поедешь! Обязательно что-то не сложится.
Слишком "сложно"...

Живо представил себе картину, как Циолковский советуется с жутко практичным калужским крестьянином по поводу реалистичности ЖРД на жидком кислороде и керосине.

Как думаете, что крестьянин присоветует Циолковскому?

[alex_semenov]

Как думаете, что крестьянин присоветует Циолковскому?

Ну смотря какой крестьянин...

https://www.youtube.com/watch?v=BZWZMjsh1Ho


Иной крестьянин... Как говорил Монтень? В кругу простолюдинов я чувствую себя лучше, ибо недостаток образования не позволяет им терять здравомыслие.
Вы, вот уважаемый, отдаёте себе отчёт, что горы прочитанной вами космической фантастики и месяцы просмотренного фантастического кино про космос, по-сути, как образование, вырастили из НАС капризных идиотов с неоправданно-завышенными требованиями ко вселенной? Нам теперь после этого сверхсвет подавай или на худой конец релятивистское персональное такси....
Вот я однажды это понял про себя с пронзительной ясностью и стыдом... Ну кретина же из меня растила вся эта "културка" бесконечного прогресса!
А вы? Судя по всему - еще нет. Вы ждёте невиданных чудес...
Ради бога.
Не хочу тут уподобляться некоторым.
Продолжайте в том же духе тут.
Как там говорил кузнец?
Либерасьён ест перпетум мобиле?
Во! Пробуйте!
Не стану впредь тут мешать.

[MenFrame]

Нихрена же не выйдет! Не будет работать!

Чернодырный привод как раз устройство простое и понятное. Кидай на черную дыру вещество под определенным углом, что бы вспыхнул мини квазар. Джеты отражай магнитным полем и получай импульс. Черную дыру подтаскивай якорем к звездолету. Ускорения большого не получишь конечно. Дело за малым найти ЧД массой с эверест.

[alex_semenov]

Чернодырный привод как раз устройство простое и понятное. Кидай на черную дыру вещество под определенным углом, что бы вспыхнул мини квазар. Джеты отражай магнитным полем и получай импульс. Черную дыру подтаскивай якорем к звездолету. Ускорения большого не получишь конечно. Дело за малым найти ЧД массой с эверест.

Не не!
Оказыается я в чёрнодырочном приводе разбераюсь лучше чем вы!
Кидать вещество на мини-дырку, шоб оно закручивалось и истекало джетами - мало. Надо как-то дырку еще и кормить веществом. Добавлять ей массу. Она же испаряется хокинговским излучением! Очень быстро! И если ее постоянно не подпитывать, она испарит всю заряженную в нее разером энергию и, по сути,  такая дырка у вас аккумулятор энергии но не источник (как и антиматерия - лишь аккумулятор очень дорогой).
Так вот. Запитать даже очень массивную (скажем миллионн тонн) мини-дыру материей - не получается. Тупо. Никакая частица в нее попасть не может. Просто из принцип неопределённости Гейзенберга, кажется. Такая дыра - всё еще объект квантового мира. Честно говоря - не сильно вникал... Но там - принципиальные ограничения.

[MenFrame]

Она же испаряется хокинговским излучением! Очень быстро!

Если она испаряется вы не чего туда не засунете. Давление излучения не позволит. Потому нужна относительно холодная ЧД.

[alex_semenov]

Если она испаряется вы не чего туда не засунете. Давление излучения не позволит. Потому нужна относительно холодная ЧД.

И это - тоже. В общем... Но не хочу быть тут гом-ном... Так что пробуйте. А вдруг?

[Ремвер]

Другие звездолёты рассматривать нет особого смысла. Корабли поколений на термоядерных реакторах слишком редки, и, несмотря на огромную массу, обладают сравнительно малым импульсом. Ходят не по расписанию, и вообще, их эра вряд ли будет слишком долгой, когда уже в наше время на горизонте маячат пока ещё фантастические, но очень интересные концепции. Поэтому хотелось бы узнать мнения по поводу того, как будет проявлять себя некий объём Галактики, среди звёзд которого часто и регулярно, с релятивистскими скоростями курсируют космические корабли на коллапсарных движителях.
В связи с этим, собственно и вопросы:
1. Каков может быть их КПД, сколько энергии уносится гравитационными волнами при их старте и торможении?
2. Движение с субсветовыми скоростями подразумевает расчистку по курсу от пылинок и атомов водорода. При их "расталкивании", они превращаются в протоны высоких энергий. Каков будет их вклад (на оживлённых межзвёздных трассах) в общий фон космических лучей?
3. При стартах и торможениях у звёзд, как будут меняться характеристики самих звёзд? Поглощение и выделение энергии релятивистскими звездолётами ведь колоссальные. Вполне возможно, что энергия для кораблей будет забираться или рекуперироваться как раз с них.

В общем, высокоразвитые космические цивилизации, снующие среди звёзд, должны быть неплохо заметны издалека, даже при почти стопроцентном КПД своего транспорта. Или нет?