Dieser Artikel konzentriert sich auf den Schwerkraftantrieb.
Das Bild zeigt das einfachste Schema:
2 kleine schwarze Löcher aus der Ferne beginnen in ein großes zentrales zu fallen.
Anfangs hat niemand Energie - jeder beginnt mit einer Geschwindigkeit nahe Null.
Nehmen wir zum Beispiel das Sonnensystem und drücken die Sonne in ein Schwarzes Loch.
Wir nehmen die Masse kleiner BHs tausende Male weniger als die der Sonne - die Masse ist wichtig, aber der Einfachheit halber nehmen wir die gleiche und unbedeutende im Vergleich zum zentralen BH.
Wir nehmen die Anfangsgeschwindigkeit kleiner BHs als die zweite kosmische für die Anfangshöhe. Wenn wir beispielsweise von der Höhe der Erde fallen, beträgt die Anfangsgeschwindigkeit ~ 42 km / s, wenn wir von der Höhe aus beginnen von Jupiter, dann ~ 18,3 km / s - dh je weiter, desto niedriger die Anfangsenergie, kann sie 100 m / s und nahe Null sein, aber der Einfachheit halber beginnen wir mit der Höhe der Erde und einer Geschwindigkeit von ~ 42 km / s.
Also: Lassen Sie uns zunächst ein BH mit einer Geschwindigkeit von ~ 42 km / s entlang einer parabolischen Flugbahn in die normale Sonne werfen. In diesem Fall beschleunigt es sich bei Annäherung an die Sonne und nähert sich der "Oberfläche" der Sonne (695.700) Kilometer vom Zentrum der Sonne entfernt) beschleunigt auf eine Geschwindigkeit von ~ 617 km / s, fliegt nahe an die "Oberfläche" und beginnt sich wegzubewegen / abzubremsen, und auf der Höhe der Erde wird seine Geschwindigkeit gleich sein wie anfangs 42 km / s.
Jetzt werfen wir ungefähr wie im ersten Bild 2 BHs in die normale Sonne. Es gibt viele Optionen für Anfangsparameter und Sie können mit unterschiedlichen Anfangsgeschwindigkeiten oder unterschiedlichen Entfernungen werfen, aber wir nehmen die einfachste und visuellste, dieselbe Geschwindigkeit, dieselbe Entfernung zur Sonne, aber werfen von unterschiedlichen Startpunkten aus.
Daher sind anfangs kleine BHs nicht miteinander verbunden (der Abstand zwischen ihnen beträgt Millionen von Kilometern).
Sie starten jeweils mit einer Geschwindigkeit von 42 km / s und bei maximaler Annäherung an die Sonne beträgt ihre Geschwindigkeit ~ 617 km / s. Gleichzeitig nähern sie sich so nah wie möglich und machen eine Gravitation Manöver zur Umverteilung von Energie.
Kurz über Schwerkraftunterstützungsmanöver von Wikipedia.
Für 1 Schwerkraftunterstützung können Sie maximal 50% der Energie übertragen, dh es ist nicht möglich, die gesamte Energie auf einmal aus dem "entladenen" BH zu entnehmen, und in diesem Fall beträgt der Wirkungsgrad jedoch 50% Es gibt viele Parameter und ohne auf Details einzugehen, liegt der Wirkungsgrad bei 50% - es ist sehr einfach, 99% sind bereits schwieriger, aber es ist trotzdem auch möglich.
Lassen Sie uns zunächst herausfinden, wie viel Energie auf diese Weise gewonnen werden kann (der Wirkungsgrad beträgt sozusagen 100%).
Wenn wir uns also der Sonne nähern, haben wir 2 BHs mit einer Geschwindigkeit von 617 km / s = Energie von jeweils ~ 190 Gigajoule pro Kilogramm. Wir nehmen Energie von einem und geben sie an den anderen weiter.
Das gesamte BH ohne Energie wird sozusagen mit einer Geschwindigkeit von Null auf der „Oberfläche“ der Sonne „liegen“.
Ein BH, der Energie erhalten hat, beginnt sich mit einer Geschwindigkeit von 872 km / s von der Sonne zu entfernen, und wenn er auf die Höhe der Erde fliegt - bei der er ursprünglich war, beträgt seine Geschwindigkeit ~ 618,5 km / s = Energie 191 263 MJ pro Kilogramm. Und das ist die Energie, die durch Verbrennen von 4,3 Tonnen Benzin gewonnen werden kann !!!
Jetzt quetschen wir die Sonne einfach hunderttausend Mal (nichts ist einfacher als eine thermonukleare Bombe in der aktiven Phase zu quetschen) auf einen Durchmesser von ~ 7 km - dies ist noch kein BH, sondern ein Neutronenstern. Wir haben also die gleiche Masse - Solar, und selbst die Materie selbst ist die gleiche und nichts im Inneren hat sich geändert, nur die Dichte hat sich geändert, aber jetzt können wir viel mehr Energie bekommen und wenn wir uns früher dem Massenschwerpunkt in einiger Entfernung nähern könnten von 696 Tausend Kilometern und würde mit der "Oberfläche" der Sonne kollidieren, dann ist jetzt der "Weg frei" und wir können Hunderttausende Kilometer mehr fliegen, um Energie / Beschleunigung zu erhalten.
Wie viel Energie kann man um einen Neutronenstern herum bekommen?
Um einen Neutronenstern herum wird die Geschwindigkeit Hunderttausende von km / s (Zehntel Prozent der Lichtgeschwindigkeit) betragen, und dort ist es bereits notwendig, die Auswirkungen der Relativitätstheorie zu berücksichtigen, und leider bin ich kein "Gravitologe" und ich können die Kurven des Raumes nicht zählen, aber in einer der Vorlesungen von Sergei Popov sagte er, dass beim Fallen auf einen Neutronenstern die Energie 20% beträgt Jene. In der Nähe eines Neutronensterns können wir von jedem abgeworfenen Kilogramm 20% der Energie erhalten, die wir durch die Vernichtung von 1 kg Materie und Antimaterie erhalten würden. Und dies ist von einem Neutronenstern. Wenn wir ihn in ein Schwarzes Loch drücken, beträgt die Energie mehr als 20% ...
Wie viel Energie kann man aus der Schwerkraft gewinnen?
Und das ist die interessanteste und schwierigste Frage. Natürlich bin ich kein Astrophysiker, aber ich verstehe etwas in Physik und Mathematik, aber ich habe 300 Stunden mit dieser Frage verbracht und am Ende hatte ich viel mehr Fragen als ursprünglich. Im Allgemeinen werde ich Ihnen weiter nur meine Gedanken zu diesem Thema mitteilen.
Also komprimieren wir die Sonne in ein Schwarzes Loch und erhalten einen kristallklaren Gravitationsmotor. Hier gibt es keine Thermodynamik, Entropie, Photonen und Elektronen = Elektromagnetische Wechselwirkung ist hier überhaupt nicht beteiligt !!! -Nur Masse und Schwerkraft, und gleichzeitig können wir Energie bekommen. In einem System von 3 Körpern, in dem anfangs keine Energie vorhanden ist und sich (fast) nichts bewegt, können wir eine Masse mit einer Geschwindigkeit von nahezu Licht fliegen lassen. Jene. Tatsächlich kann in einem 3-Körper-System die Schwerkraft abstoßen, und potentielle Energie ist keine negative Energie - sie kann positiv gemacht werden.
Bei der Dichte eines Neutronensterns können Sie 20% der Energie erhalten BH hat eine höhere Dichte und mehr Energie. Die minimale Flugentfernung in der Nähe des Sterns ist durch die Oberfläche des Sterns selbst begrenzt, der BH hat keine Oberfläche, aber es gibt einen Ereignishorizont, aus dem nichts herausgezogen werden kann und Energie nur über dem Horizont entnommen werden kann. Und der Ereignishorizont beginnt gerade dort, wo die zweite kosmische Geschwindigkeit gleich wird ... Tatsächlich entspricht die maximale Energie, die dem weggeworfenen Körper entnommen werden kann, der Energie der Vernichtung. Und wir können sozusagen Masse loswerden, indem wir Materie mit Antimaterie vernichten und Energie gewinnen, oder wir können die Masse in ein Schwarzes Loch werfen (tatsächlich nirgendwo) und genau die gleiche Energie bekommen und auf die gleiche Weise Masse verlieren für immer und unwiderruflich.
Aber zur gleichen Zeit - Schwarze Löcher sind viel "realer" als Antimaterie, es ist im Allgemeinen unmöglich, reine Antimaterie im Universum zu finden, und Schwarze Löcher liegen einfach in einem Vakuum herum. In der Galaxie gibt es doppelte schwarze Löcher, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit umkreisen und auf natürliche Weise gebildet werden.
BH verlangsamt den Stein beschleunigt. Wenn wir zum Beispiel wieder das Sonnensystem nehmen (in der Mitte gibt es 2 rotierende BHs mit einer Masse von jeweils 0,5 Sonnen), dann lassen wir 2 Steine von der Erde fallen, ein Stein bleibt in der Mitte - nach dem Bremsschwerkraftmanöver wird es in der Umlaufbahn des Massenschwerpunkts bleiben - um die sie sich selbst drehen und schließlich in eines der BH fallen, und der zweite beschleunigte Stein wird mit nahezu Lichtgeschwindigkeit auf der Erde ankommen. Ein Stein, der mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fliegt, ist großartig, aber wir brauchen Strom. Der dümmste Weg, um Elektrizität zu erhalten, besteht darin, diesen Stein mit dem Mond zu schieben, dh die Steine fliegen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit in den Mond, er erwärmt sich und beginnt wie eine Glühbirne zu leuchten - wir erhalten Elektrizität aus dem Licht. Kollision mit dieser GeschwindigkeitDie Kraft der Explosion wird ~ 2 Millionen Mal größer sein als die Kraft der Bombe, die auf Hirashima abgeworfen wird (wobei die Masse des Steins der Masse der Bombe entspricht). Tatsächlich gibt es viele Möglichkeiten, Elektrizität mithilfe der Schwerkraft zu gewinnen, aber jetzt wollen wir uns mit der Energiequelle selbst befassen.
Wir müssen die Masse nur für das Auffinden von 2 Schwarzen Löchern aufwenden, damit die Schwarzen Löcher nicht verschmelzen und immer den gleichen Abstand voneinander haben. Wenn Sie keine Masse „verschwenden“, sondern nur Steine werfen, um zu beschleunigen, beginnen die BHs zu konvergieren
und eines Tages zu verschmelzen. Um Energie zu gewinnen, sind zwei erforderlich. Das Hauptstrukturelement ist vielmehr ein dichter Körper mit hoher Geschwindigkeit in der Umlaufbahn eines massiven Körpers (das Ideal ist nur ein Schwarzes Loch, das sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit um ein anderes Schwarzes Loch bewegt). Und wenn sie verschmelzen, haben wir nur ein BH und keine Geschwindigkeit, also müssen wir ein Gleichgewicht halten. Dennoch stellt sich die Frage: - Wie viel Energie kann verbraucht werden, bevor 2 BHs zusammengeführt werden? - 100% Rabatt Wenn wir 2 BHs mit 0,5 Sonnenmassen haben, verschmelzen sie, wenn wir Energie aufnehmen, die der Vernichtung der gesamten Sonne entspricht (abhängig von der anfänglichen Entfernung zwischen ihnen, aber selbst wenn sie sich anfänglich in der Umlaufbahn von Merkur ~ 120 Millionen drehen km voneinander entfernt, dann wird die Gesamtenergie mehr als 99% betragen ). Tatsächlich wird die Sonne in 5 Milliarden Jahren ihres Bestehens nicht so viel Energie produzieren, und in ihrem gesamten Leben wird die Sonne weniger als 0,1% ihrer Masse "auflösen".
Die Kernfusion ist im Allgemeinen Bullshit im Vergleich dazu, wie viel Energie mit der Schwerkraft gewonnen werden kann. Übrigens beeinflusst die BH-Masse den Wirkungsgrad überhaupt nicht = die Geschwindigkeit in der Nähe des Ereignishorizonts ist immer gleich. Und um Energie zu gewinnen, brauchen wir tatsächlich keine Schwarzen Löcher mit einer riesigen Masse. Tatsächlich kann die Masse eines BH sogar 1 kg betragen und wir können 2 Wassermelonen zu Schwarzen Löchern komprimieren, und alles wird funktionieren genauso wie bei großen schwarzen Löchern. Darüber hinaus ist es viel einfacher, kleine BHs zu kontrollieren als die Kernfusion (es gibt sogar die Meinung, dass es im Allgemeinen unmöglich ist, Materie auf einer Temperatur von mehreren Milliarden Grad zu halten), und Schwarze Löcher können mit denselben Gravitationsmanövern gehalten werden. Daher ist ein kleiner und sogar tragbarer Reaktor mit einem Gewicht von mehreren Kilogramm durchaus möglich. Je kleiner der NP, desto "wütender" ist er.In der Nähe des Ereignishorizonts zerreißen riesige Gezeitenkräfte jede Materie und Sie erhalten 2 kleine bösartige und unkontrollierbare Quasare. Im Allgemeinen ist es eine schlechte Idee, Materie in kleine BHs zu entsorgen.
Kann Licht in schwarze Löcher geworfen werden?
Ich bin sicherlich kein Experte für gekrümmte Räume, aber es scheint, dass die Schwerkraftunterstützung auch mit Licht funktionieren sollte. Zumindest habe ich von einem solchen Experiment gehört: Am Institut leuchteten sie eine "Taschenlampe" senkrecht nach oben / unten. Und aufsteigende Photonen verloren Energie (wurden rot), und herunterfallende Photonen erhielten Energie (Chenille). Jene. Die Schwerkraft überträgt Energie auf Licht, was bedeutet, dass Gravitationsmanöver mit Licht ebenfalls funktionieren sollten (das Licht, das hinter der BH-Bewegung hindurchgeht, wird „beschleunigen“ / blau werden / Energie empfangen, und das BH, das vor der Bewegung vorbeizieht, wird „verlangsamen“ / röten / Energie verlieren). Licht hat einen Impuls und kann das Segel "schieben", daher sollte die Schwerkraftunterstützung höchstwahrscheinlich funktionieren. Dann kann die Energie der Schwerkraft auch aus sehr kleinen Schwarzen Löchern leicht gewonnen werden.
Was ist mit Hawking-Strahlung?
Hawking-Strahlung ermöglicht es uns, eine Perpetual-Motion-Maschine zu erschaffen, wir werfen Masse ab und erhalten Energie, und sie geht wieder aus, wir werfen sie wieder ab und erhalten Energie, und sie geht wieder aus. Wenden Sie sich daher bei allen Fragen an Hawking selbst und noch besser an diejenigen, die ihm den Nobelpreis verliehen haben. In meiner Engine werden keine Quantenzahlen verletzt - alles ist völlig legal !!! Schrödingers Katze wird glücklich sein !!!
Obwohl es hier immer noch nach Perpetual Motion Machine riecht. Der Lichtimpuls ist
Je höher die Frequenz, desto größer der Impuls, aber die Schwerkraftunterstützung "Bremsen" verringert die Frequenz. Wenn Sie im Extremfall die gesamte Energie aus dem Licht in der Nähe des Ereignishorizonts entnehmen, fällt sie in ein BH mit Null Energie, wie viel wird dann die BH-Masse zunehmen?
Materie hat übrigens das gleiche Problem: Wenn Sie vor dem Abladen die gesamte Energie aus einem Kilogramm Stein entnehmen, sollte sich die Masse des BH um 1 kg erhöhen. Aber der zweite Kilogramm Stein, der Energie abtransportiert - wenn er mit nahezu Lichtgeschwindigkeit mit dem Mond kollidiert, fliegen Fragmente von ihm um 2 kg heraus. (( funktioniert in beide Richtungen). Infolgedessen werden wir wieder 2 kg haben, und sogar die Masse des BH wird um 1 kg zunehmen. Insgesamt wird die Gesamtmasse des Universums um 1 kg zunehmen. Und es scheint, dass dieses Problem überhaupt nicht gelöst wird - die Gesamtmasse des Universums wird mit jeder Effizienz zunehmen.
Oder auf wundersame Weise, wenn man in ein Schwarzes Loch mit einer Geschwindigkeit / Energie von weniger als fällt - Die Masse des BH nimmt ab und es stellt sich heraus, dass wir mit Hilfe der Schwerkraft dem BH Energie entziehen können.
Oder die Masse des Universums wird immer noch zunehmen ... aber es wird eine Art Spiel passieren. Trotzdem werden wir nicht in der Lage sein, die Masse unendlich zu erhöhen. Wenn wir dies alles bedingt in der Erdumlaufbahn tun, wird der Ereignishorizont im Laufe der Zeit die Erde "erreichen" und wir werden uns einfach in einem Schwarzen Loch befinden (In diesem Fall erhalten wir keine Energie). Und dann werden wir nicht in der Lage sein, Masse / Energie unendlich zu empfangen. Aber all diese Probleme werden beginnen, nachdem die Zentralmasse um einen Faktor von Millionen zugenommen hat.
Im Allgemeinen ist es eine sehr interessante Frage, welche Art von Energie dies ist und woher sie kommt, und es ist möglich, dass diese Energie überhaupt nicht damit verbunden ist - Dies ist eine andere Energie und es gibt viel mehr davon. Wenn Sie von der anderen Seite gehen und die Frage stellen - warum ist die gesamte Masse des Universums nicht in ein riesiges Schwarzes Loch zusammengebrochen? - Sie wurde von irgendeiner Art von Energie
angetrieben ... PS
Im Allgemeinen sind Schwarze Löcher und trübe Energie natürlich alle wunderbar, aber dies ist eine extrem ferne Zukunft, und es ist nicht klar, wie es mit BH funktionieren wird. Im nächsten Artikel werden wir über realistischere Optionen sprechen. Selbst in der Umlaufbahn um Jupiter können Sie problemlos ein Kraftwerk aus Schlammstöcken und Folie bauen, das 900 MJ für jedes abgeworfene Kilogramm produziert, was der Energie von 25 Litern Benzin entspricht. Im nächsten Artikel werde ich versuchen abzuschätzen, wie viel eine solche Orbitalstruktur wiegen wird.
PPS
Ich möchte mich auch an die Leser wenden. Kann jemand den Artikel ins Englische übersetzen? Es ist nur so, dass solche Artikel viel Zeit in Anspruch nehmen und in Russland niemand wirklich Physik braucht. Zumindest ist Nachfrage erforderlich. Und im Allgemeinen, wo können Sie solche Artikel über englische Ressourcen schreiben?
Manchmal bin ich zwischen Staaten weder lebendig noch tot - ich kollabiere beim Zucken .