Czy moglibyśmy ujarzmić energię czarnej dziury? - Fabio Pacucci

Zobacz całą lekcję: https://ed.ted.com/lessons/could-we-harness-the-power-of-a-black-hole-fabio-pacucci

Wyobraźcie sobie odległą przyszłość, kiedy ludzie docierają poza Ziemię, budują miasta na planetach oddalonych o tysiące lat świetlnych i utrzymują galaktyczną sieć handlu i transportu. Czego byśmy potrzebowali, aby dokonać tego skoku cywilizacyjnego? I skąd wzięlibyśmy energię, by zasilić taką cywilizację? Fabio Pacucci bada możliwość pozyskania energii z czarnej dziury, aby zasilić galaktyczną cywilizację przyszłości.

Lekcja: Fabio Pacucci, reżyseria: TOTEM Studio.

Wyobraź sobie daleką przyszłość,
w której ludzie opuścili błękitną kropkę

i zakładają miasta na planetach
oddalonych o tysiące lat świetlnych,

utrzymując galaktyczną
sieć handlu i transportu.

Czego potrzebowałaby nasza cywilizacja,
by dokonać takiego skoku rozwojowego?

Trzeba rozważyć wiele rzeczy.

Jak wyglądałaby komunikacja?

Jak wyglądałby galaktyczny rząd?

I najważniejsze ze wszystkich,

skąd wzięlibyśmy wystarczającą
ilość energii, by zasilić tę cywilizację,

przemysł, terraformowanie
i statki kosmiczne?

Astronom Nikołaj Kardaszow
zaproponował klasyfikację cywilizacji

według zapotrzebowania energetycznego.

Na pierwszym etapie ewolucji,
w którym właśnie się znajdujemy,

źródła energii dostępne na planetach,
takie jak paliwa kopalne,

panele słoneczne lub elektrownie atomowe,

powinny wystarczyć na zasiedlenie
sąsiednich planet naszego układu,

ale na nic więcej.

Dla cywilizacji na trzecim
i ostatnim poziomie

ekspansja na skalę galaktyczną
wymagałaby sto miliardów razy

więcej energii niż 385 jottadżuli,
które Słońce emituje każdej sekundy.

Bez jakiegoś przełomu
w fizyce cząstek elementarnych,

istnieje tylko jedno
wystarczające źródło energii,

supermasywna czarna dziura.

Wizja czarnych dziur jako źródła energii
wydaje się sprzeczna z intuicją,

ale tym właśnie są
dzięki dyskom akrecyjnym,

czyli okrągłym, płaskim strukturom
z materii wpadającej w horyzont zdarzeń.

Z powodu zachowania momentu pędu

cząstki nie wpadają
prosto do czarnej dziury,

ale powoli poruszają się ruchem spiralnym.

Ze względu na silne pole
grawitacyjne czarnej dziury,

cząstki te zamieniają
swoją energię potencjalną na kinetyczną,

w miarę zbliżania się
do horyzontu zdarzeń.

Oddziaływania między cząstkami
pozwalają energii kinetycznej

promieniować w przestrzeń,

z zaskakującą efektywnością
przekształcania masy na energię.

6% dla nieobracających się czarnych dziur
i do 32% dla obracających się.

To drastycznie przyćmiewa
rozszczep jądra atomowego,

obecnie najbardziej efektywnego
i szeroko dostępnego mechanizmu

wydobywania energii z masy.

Rozszczepianie przekształca
tylko 0,08% atomu uranu w energię.

Kluczem do ujarzmienia tej mocy
może być sfera Dysona,

struktura wymyślona
przez fizyka Freemana Dysona.

W latach 60. Dyson założył,
że zaawansowana cywilizacja planetarna

może zbudować sferę
wokół gwiazdy macierzystej,

przechwytując na swoje potrzeby
całą wyemitowaną energię.

Podobna, choć znacznie bardziej
skomplikowana konstrukcja,

mogłaby teoretycznie zostać
zastosowana do czarnych dziur.

Aby produkować energię,
czarne dziury muszą być stale zasilane,

więc nie pokrywalibyśmy
ich w całości sferą.

Nawet gdybyśmy to zrobili, strumienie
plazmy wystrzeliwujące z biegunów

wielu supermasywnych czarnych dziur

rozerwałyby na strzępy każdą
konstrukcję na swojej drodze.

Zamiast tego, możemy zaprojektować
jakiś rodzaj pierścienia Dysona,

wykonanego z ogromnych,
zdalnie sterowanych kolektorów.

Zapełniłyby orbitę wokół czarnej dziury,

może na płaszczyźnie
dysku akrecyjnego, ale dalej.

Urządzenia te mogłyby
wykorzystywać panele lustrzane

do przesyłania zgromadzonej
energii do elektrowni

albo magazynować ją w bateriach.

Musielibyśmy ustawić kolektory
w odpowiedniej odległości.

Zbyt blisko stopiłyby się
od wypromieniowanej energii.

Za daleko zebrałyby tylko
maleńki ułamek dostępnej energii,

a gwiazdy krążące wokół czarnej dziury
mogłyby zakłócić ich pracę.

Potrzebny byłby silnie
odblaskowy materiał jak hematyt,

w ilości kilkukrotnie
przewyższającej wielkość Ziemi,

plus zniszczenie kilku planet
do stworzenia legionu robotów budowlanych.

Tak zbudowany pierścień Dysona
byłby technologicznym arcydziełem,

zasilającym cywilizację rozsianą
po wszystkich ramionach galaktyki.

To wszystko może wydawać się
szalonymi spekulacjami,

ale już obecny kryzys energetyczny

stawia nas przed problemem
wyczerpywania się zasobów planety.

Zawsze będą potrzebne nowe
sposoby zrównoważonej produkcji energii,

zwłaszcza że ludzkość dąży do przetrwania

i technologicznej ewolucji.

Być może gdzieś już istnieje cywilizacja,

która ujarzmiła te astronomiczne giganty.

Może nawet będziemy mogli to potwierdzić,

obserwując okresowo przyćmione
światło z czarnej dziury,

gdy elementy pierścienia Dysona
przesuwają się między nami a nią.

A może te superstruktury
są skazane na pozostanie w sferze teorii.

Tylko czas i inwencja naukowa
mogą na to odpowiedzieć.