Singularitetsreaktor

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 6 november 2016; kontroller kräver 28 redigeringar .

Singular reactor ( kollapsarreaktor ) är en hypotetisk energikälla , där mikroskopiska svarta hål (kollapsarer) används som arbetsvätska . Principen för driften av en sådan reaktor är att använda den energi som frigörs under avdunstning av ett svart hål . Den kan även användas som jetmotor .

Två typer av singulära reaktorer övervägs:

explosiv verkan - producerar individuella svarta hål
kontinuerlig verkan - det svarta hålet matas ständigt av materia.

Teorin om svarta hål krävs i detta fall

Konceptet med ett svart hål som ett absolut absorberande föremål korrigerades av Starobinsky och Zeldovich 1974 för att rotera svarta hål, och sedan, i det allmänna fallet, av S. Hawking 1975 . Genom att studera beteendet hos kvantfält nära ett svart hål förutspådde Hawking att ett svart hål nödvändigtvis strålar ut partiklar i yttre rymden och därigenom förlorar massa [1] . Denna effekt kallas Hawking-strålning (avdunstning) . Enkelt uttryckt polariserar gravitationsfältet vakuumet, vilket gör att bildandet av inte bara virtuella, utan också verkliga partikel - antipartikelpar är möjlig . En av partiklarna, som visade sig vara strax under händelsehorisonten, faller in i det svarta hålet, och den andra, som visade sig vara strax ovanför horisonten, flyger iväg och tar bort energin (det vill säga en del av massa) av det svarta hålet. Strålningseffekten av ett svart hål är

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

och viktminskningen

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

Strålningens sammansättning beror på storleken på det svarta hålet: för stora svarta hål är dessa huvudsakligen masslösa fotoner och lätta neutriner , och tunga partiklar börjar finnas i spektrumet av ljusa svarta hål. Spektrum av Hawking-strålning för masslösa fält visade sig strikt sammanfalla med strålningen från en absolut svart kropp , vilket gjorde det möjligt att tilldela en temperatur till det svarta hålet

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}}

där ħ är den reducerade Planck-konstanten , c är ljusets hastighet, k är Boltzmann-konstanten , G är gravitationskonstanten , M är det svarta hålets massa, är Planck-energin , är Planck-massan , är Planck-momentet , är Planck-temperaturen , är Planck-effekten , är Planck-effekttiden . $E_{P}$ ${\displaystyle m_{P))$ $m_{P}c$ $T_{P}$ $P_{P}$ $t_{P}$

På denna grund byggdes termodynamiken för svarta hål, inklusive nyckelbegreppet för entropin av ett svart hål, vilket visade sig vara proportionellt mot området för dess händelsehorisont:

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

var är händelsehorisontområdet, är Planckområdet och är Plancklängden . $A$ ${\displaystyle S_{P))$ ${\displaystyle {\ell }_{P))$

Avdunstningshastigheten för ett svart hål är ju större, ju mindre storleken är [2] . Avdunstning av svarta hål av stjärnskalor (och särskilt galaktiska skalor) kan försummas, men för primära och speciellt för kvantsvarta hål blir avdunstningsprocessen central.

På grund av avdunstning förlorar alla svarta hål massa och deras livslängd visar sig vara begränsad:

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

Samtidigt ökar intensiteten av avdunstningen som en lavin, och evolutionens slutskede har karaktären av en explosion, till exempel kommer ett svart hål med en massa på 1000 ton att avdunsta på cirka 84 sekunder, vilket frigör energi lika med till en explosion av cirka tio miljoner medelkraftiga atombomber.

Samtidigt kan stora svarta hål, vars temperatur är under temperaturen för den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen (2,7 K), bara växa i det nuvarande skedet av universums utveckling, eftersom strålningen de sänder ut har mindre energi än absorberad strålning. Denna process kommer att pågå tills fotongasen från den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen kyls ner som ett resultat av universums expansion.

Utan kvantteorin om gravitation är det omöjligt att beskriva slutskedet av avdunstning, när svarta hål blir mikroskopiska (kvantum) [2] .

Att driva svarta hål

Materien som matar det svarta hålet kommer att tvingas övervinna det lätta trycket från Hawking-strålning.

För att beräkna ljustrycket vid normal strålning och ingen spridning kan du använda följande formel:

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

var är intensiteten av den infallande strålningen; är ljusets hastighet , är transmittansen , är reflektionskoefficienten . $jag$ $c$ $k$ $\rho$

Här

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

R är den aktuella positionen för det utstötade materialet i förhållande till MBLH (hädanefter det lilla svarta hålet).

Balansekvationen för ett rymdskepp på små svarta hål

Rymdskeppsmassa på små svarta hål:

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

där: M är fartygets totala massa, M s är massan av fartygets lilla svarta hål, M d är massan av fartygets framdrivningssystem, M k är massan av nyttolasten.

Ls är strålningseffekten från det svarta hålet $Ls={\frac {\hbar c^{6}}{15360\pi G^{2}M_{s}^{2}}},$

masskonsumtion av små svarta hål ${\frac {dM_{s}}{dt}}=-{\frac {\mu v\hbar c^{4}}{15360\pi G^{2}M_{s}^{2} }}.$

acceleration av ett sådant fartyg vid ren strålning $a={\frac {\mu uLs}{Mc)).$

svarta håls temperatur $T_{H}={\frac {\hbar c^{3}}{8\pi kGM_{s}}},$

där: är den reducerade Planck-konstanten, c är ljusets hastighet, k är Boltzmann-konstanten, G är gravitationskonstanten. $\hbar$

Dessa formler tar hänsyn till systemets effektivitet:

\mu v

— hur mycket materia kan tryckas in i MCH för att hålla den i balans, — hur mycket av den resulterande energin som kan skickas till acceleratorer och hur mycket går till radiatorer.

\mu u

Och nu balansräkningen. Den relaterar massor och acceleration:

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

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

Värdet på Kss är 1,19 * 10 24 kg 3 m/s 2 .

Black hole drive i science fiction

Konceptet med singulära reaktorer har sitt ursprung i science fiction efter tillkomsten av Hawkings teori. De ses som ett alternativ till annihilationsreaktorer och artificiella protonsönderfallsreaktorer , eftersom Hawking-effekten kan ses som ett alternativt sätt till annihilation för att omvandla materia till energi . Trots det faktum att en sådan reaktor, till skillnad från de flesta fantastiska energikällor, har en vetenskaplig motivering, är många tekniska aspekter av implementeringen av en sådan anordning helt obegripliga, först och främst metoden för att producera och behålla svarta hål.

Singularity reaktor eller motor i en eller annan form finns i olika verk av science fiction och spel:

Sid Meiers Alpha Centauri
Babylon 5
Star Wars – "Singularity Reactor"
X3 - "Singularity Engine Time Accelerator"
Total förintelse: Vår
Space Rangers 2
Stargate: SG-1 (och systerserien)
Star Trek - Singular reaktorer användes av romulanerna.
Rymdstation 13 - I de flesta versioner av spelet är Singularity Engine den huvudsakliga kraftkällan för stationen och används troligen för att korrigera omloppsbanan.
Genom horisonten

Anteckningar

↑ Hawking, SW Explosioner av svarta hål? (engelska) // Nature. - 1974. - Vol. 248 , nr. 5443 . - S. 30-31 . - doi : 10.1038/248030a0 . — .
↑ 1 2 Avdunsta svarta hål? (inte tillgänglig länk) . einstein online . Max Planck-institutet för gravitationsfysik (2010). Hämtad 12 december 2010. Arkiverad från originalet 23 juni 2012. (obestämd)

Litteratur

L. Crane, S. Westmoreland. Är rymdskepp med svarta hål möjliga . — 2009.

L. Crane. Möjliga konsekvenser av kvantteorin om gravitation . — 1994.

Länkar

Svarta hål

Typer

Mått

Utbildning

Egenskaper

händelsehorisont
Termodynamik för svarta hål
Gravitationsradie
fotonsfär
Ergosfär
Penrose process
Blanfordprocessen - Znaeka
Bondi-tillväxt
spaghettifiering
Gravity lins
M-sigma-förhållande
Kvasiperiodiska svängningar
Hawking-strålning
Försvinnande av information i ett svart hål

Modeller

teorier

Exakta lösningar i allmän relativitetsteori

Schwarzschild
Kerra
Reisner-Nordström
Kerr-Newman
Exakt svart hål lösning

Relaterade ämnen

Lista över svarta hål
- Lista över kvasarer
Krönika av svarta håls fysik
RXTE
Hyperkompakt stjärnsystem
singularitetsreaktor
Numerisk relativitet
Gravitationsvågor

Kategori:Svarta hål