Wystarczy trochę energii z czarnej dziury. I mielibyśmy bombę, jakiej świat nie widział

Co moglibyśmy przy użyciu takiej energii stworzyć? Jednym z pomysłów jest wykorzystanie całego ciepła wraz z energią kinetyczną zwaną dyskiem akrecyjnym i dżetami czarnej dziury.

Dysk akrecyjny to struktura przypominająca pierścienie Saturna. Krąży w niej rozgrzana do ogromnych temperatur i emitująca na skutek tego światło materia. Z kolei dżety to strumienie promieniowania emitowane z biegunów czarnej dziury. Gdybyśmy mieli zdolność wydobywania energii z czarnej dziury, można założyć, że skorzystalibyśmy w tym celu z metody opartej na procesie Penrose'a.

Sposób na wydobycie energii rotacyjnej z czarnej dziury został po raz pierwszy zaproponowany przez Rogera Penrose'a w 1971 r. Ten 92 letni dziś laureat Nagrody Nobla z Fizyki z 2020 r. zaproponował wykorzystanie efektu znanego jako „przeciąganie ramowe”. Polega na tym, że obracające się ciało zakrzywia pobliską mu przestrzeń w taki sposób, że obiekt spadający w kierunku tego ciała jest lekko przeciągany wzdłuż ścieżki obrotu.

Zaobserwowano ten efekt w pobliżu Ziemi, choć jego skala była niewielka. Jednak w pobliżu obiektu o masie miliony razy większej niż nasza planeta, taki efekt mógłby być ogromny. Jego oddziaływanie mogłoby być na tyle silne, że naukowcy szacują, iż obiekty podlegające temu zjawisku mogą być przeciągane na orbicie wokół czarnej dziury, teoretycznie nawet z prędkością większą niż prędkość światła.

Bez nadmiernego wdawania się w szczegóły, proces Penrose'a polega na tym, że obiekt zmierzający w kierunku czarnej dziury jest „wciągany” na jej orbitę. W efekcie nabiera tak wielkiej prędkości, że następuje „zgubienie” przez niego odrobiny jego masy lub promieniowania, które spada na powierzchnię czarnej dziury. Towarzyszy temu powstanie impulsu rotacyjnego, który odrzuca od czarnej dziury spadający ku niej obiekt z większą szybkością, niż ta, z jaką się do niej zbliża. Ta dodatkowa energia powoduje też nieskończenie małe spowolnienie tempa rotacji czarnej dziury.

Więcej na temat czarnych dziur przeczytasz na Spider's Web:

Mając na uwadze koncepcję równoważności masy i energii (to jej dotyczy słynne równanie E = mc do kwadratu) teoretycznie można by w ten sposób wydobyć aż do 20 proc. energii zawartej w masie czarnej dziury. Bez przesady można powiedzieć, że jest to niewyobrażalnie dużo z punktu widzenia naszego pojmowania rzeczywistości. Dla porównania fuzja jądrowa w wyniku której atomy wodoru stapiają się tworząc atomy helu wyzwala energię równą zaledwie 1 proc. energii masowej.

Tego typu rozważania są cenne dla naukowców, choć nie mają bezpośredniego wpływu na nasze życie. Pomagają jednak poszerzać granice naukowej wyobraźni i przyczyniają się do kolejnych przełomów. Nie jako decydujące czynniki, a raczej jako cegiełki z których budowany jest mozolnie gmach ludzkiego poznania. Nie raz zresztą zdarzało się w nauce, że takie dość swobodne rozważania stawały się fundamentem doniosłych odkryć nagradzanych np. Nagrodą Nobla. Z tego choćby względu naukowcy traktują takie problemy z dużą ekscytacją.

Inną hipotezą, na której opierają się naukowcy teoretyzujący na temat czarnych dziur jest efekt Bañadosa-Silka-Westa (BSW). W tym wypadku przy użyciu określonego rodzaju elektromagnetycznych lub fizycznych luster ograniczających, cząstki mogą być odbijane tam i z powrotem w pobliżu horyzontu zdarzeń czarnej dziury, czerpiąc z niej energię. Ten proces doprowadziłby ostatecznie do ich przekształcenia z cząstek materialnych w formę energii. Tę z kolei można by pozyskać.

Dla jasności - wspomniany przed chwilą horyzont zdarzeń to granica, za którą nic nie jest się w stanie wydostać z czarnej dziury. Kiedy obiekt przekroczy horyzont zdarzeń nie ma już dla niego nadziei. Jego los jest przesądzony - zostanie pochłonięty przez czarną dziurę.

Ten pomysł ma jednak istotną wadę. Jak zwracają uwagę naukowcy proces ten mógłby prowadzić do tzw. efektu ucieczki. Polega on na samonapędzającym się procesie wzmocnienia, w którym energia jednych cząstek wzmaga energię innych. Efektem jest powstanie tzw. bomby czarnej dziury. Nie chodzi tu oczywiście o jakąkolwiek dającą się zastosować na Ziemi bombę.

To jedynie efektownie brzmiące określenie, które służy do określenia danego stanu. W dodatku możliwego wyłącznie w teoretycznej rzeczywistości, jaką jest wszechświat anty-de Sittera. Znów bez wdawania się w szczegóły - jest on wynikiem istnienia przestrzeni de Sittera. Charakteryzuje się tym, że byłaby wszechświatem z ujemną stałą kosmologiczną. Nie opisuje naszego Wszechświata, ale pozwala na zastosowanie kilku matematycznych sztuczek.

Dzięki temu jest często wykorzystywana przez naukowców do teoretycznego badania granic ogólnej teorii względności Einsteina. Dlaczego to ważne? Badania takie jak to są przydatne ze względu na to, co ujawniają na temat fundamentalnej natury przestrzeni i czasu. Choć są to dziedziny, o których nie myślimy na co dzień, zajmują się one zadawaniem fundamentalnych pytań o istotę rzeczywistości, w której żyjemy. Ludzkość jest w stanie zgłębiać to zagadnienie na poważnie przy użyciu zaawansowanej matematyki i obserwacji Wszechświata dopiero od kilkudziesięciu lat.

Bez takich poszukiwań nigdy nie doszłoby np. do rozszczepienia jądra atomowego, powstania broni jądrowej czy dającej nadzieję na bezemisyjne pozyskiwanie prądu, energii atomowej. Nawet jeśli pewne zagadnienia, którymi zajmują się naukowcy nie są czymś, co znajduje zastosowanie w realnym świecie, dobrze, że istnieją.

Nigdy nie wiadomo, w którym momencie i na skutek jakich rozważań nastąpi kolejny przełom naukowy.