gov-civil-vilareal.ptBlijkbaar kun je *iets* uit een zwart gat halen... maar het is niet gemakkelijk
>Een van de bepalende kenmerken van een zwart gat is dat er niets uit kan komen. Daarom worden ze zo genoemd; ze zijn als een oneindig diepe put, en zelfs licht kan niet ontsnappen. EEN gat dat is zwart .
waarom is Red Dead Redemption 2 gewaardeerd m
Maar zoals zoveel ideeën in de wetenschap, als je beter kijkt, wordt die absolute uitspraak een beetje relatief . Jij kan iets uit een zwart gat halen: energie. En het blijkt dat je veel kunt krijgen. Zoals een kavel heel veel.
Er is een nieuw artikel verschenen dat laat zien hoe magnetische velden kunnen worden gebruikt om enorme hoeveelheden energie uit een zwart gat te halen , en kan sommige astrofysische verschijnselen die we om hen heen zien, aandrijven. Het is niet bepaald gemakkelijk, en het is niet zo dat je met deze techniek je telefoon kunt opladen of je huis kunt verwarmen (meer alsof je ze zou verdampen tot hun samenstellende subatomaire deeltjes die dan naar buiten zouden worden versneld, heel dicht bij de lichtsnelheid*), maar het is nog steeds extreem cool.
Een zwart gat kan in sommige opzichten eenvoudig worden beschreven : Neem een voorwerp met massa en druk het zo samen dat de ontsnappingssnelheid de lichtsnelheid wordt. Als dat gebeurt, wordt alles wat te dichtbij komt naar binnen getrokken. Niets kan ontsnappen.
Je kunt ze eigenlijk beschrijven met behulp van gewone oude reguliere (Newtoniaanse) fysica, maar om het volledige verhaal te krijgen, moet je de algemene relativiteitstheorie van Einstein gebruiken. De wiskunde wordt snel harig en zelfs de concepten worden gestoord. Maar als je GR toepast, zie je dat een zwart gat, elk zwart gat, kan volledig worden gekarakteriseerd met behulp van slechts drie dingen: zijn massa, zijn spin en zijn elektrische lading.
Een klassiek zwart gat heeft gewoon massa, terwijl het daar zit en ruimte en tijd vervormt, en veel van de belangrijke dingen die het doet, zijn afhankelijk van zijn massa. Maar het kan ook op veel manieren ronddraaien, net als een planeet, een topje of een ster. Sterker nog, veel (zo niet de meeste) draaien met zeer dicht bij de lichtsnelheid .
Een geannoteerde versie van een simulatie van een zwart gat legt de verschillende onderdelen van dit bizarre object uit. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman
Er is nog iets heel raars dat zwarte gaten kunnen doen: terwijl ze ronddraaien, slepen ze het weefsel van de ruimtetijd om zich heen als een smoothie rond een ronddraaiend blenderblad. Dit wordt frame slepen genoemd (of meer technisch, de Lens-druipend effect ) en het heeft een aantal vreemde bijwerkingen. Als je bijvoorbeeld binnen bent een gebied rond het zwarte gat genaamd de ergosfeer , je kunt letterlijk niet stil zitten; binnen dat volume wordt de ruimte zelf in de richting van de spin getrokken, dus je gaat om het zwarte gat heen of je wilt of niet. Het is alsof je vastzit aan een cirkelvormige loopband. Om en om je heen.
Maar dat is de sleutel om energie eruit te krijgen. Er is energie nodig om een object te laten draaien, energie die kan worden vrijgegeven door het te vertragen, en een ronddraaiend zwart gat heeft een kavel van energie. Maar hoe doe je dat in hemelsnaam - nou ja, hoe in het heelal -?
Artistieke opvatting van een zwart gat met materiaal dat eromheen wervelt in een accretieschijf, en ook een straal materie die ervan wegschiet. Credit: NASA/JPL-Caltech
Er zijn veel manieren, theoretisch, maar een die tot nu toe niet veel door theoretici is onderzocht, is wat wordt genoemd magnetische herverbinding .
Zeer heet gas kan zo energiek zijn dat de elektronen van hun atomen worden gestript, en we noemen het a plasma . Terwijl de geladen deeltjes in plasma bewegen, creëren ze een magnetisch veld dat erg intens kan worden. De magnetische veldlijnen (zoals je ziet in staafmagneetdiagrammen) kunnen erg sterk zijn, en dat geeft ze spanning - zie het als het buigen van een pianodraad; je moet veel kracht uitoefenen om het gebogen te houden. Als je loslaat, SNAP!
Plasma dat rond een zwart gat draait, kan belachelijk sterke magnetische velden hebben. Terwijl het plasma zich heen en weer beweegt, kunnen de magnetische veldlijnen ook om zich heen wikkelen, in de war raken en knappen. Als ze dat doen, geven ze energie vrij. Een manier waarop ze dit doen is door de subatomaire deeltjes om hen heen te versnellen, soms tot snelheden in de buurt van die van het licht. Op deze manier ontstaan zonnevlammen op het oppervlak van de zon , dus het is een echt effect.
Dit is waar dingen raar worden (ja, zeker, ik weet dat je denkt; deze is waar).
Deeltjes worden gemaakt uit energie en in paren weggeblazen. Als de dingen precies goed zijn uitgelijnd, schreeuwt een van die deeltjes weg in de richting waarin het zwarte gat draait, en de andere in de tegenovergestelde richting. Als dit gebeurt in de ergosfeer, zal degene die in dezelfde richting beweegt als de spin eruit komen en ontsnappen in de ruimte. De andere, die tegen de spin in gaat, zal erin vallen. Maar omdat hij in de tegenovergestelde richting van de spin bewoog, dit vertraagt in feite het zwarte gat .
Het vertragen van het zwarte gat betekent dat het energie vrijgeeft, dat wordt weggenomen door het deeltje dat ontsnapt . Vanuit jouw gezichtspunt, als je (goed) buiten het zwarte gat staat, zie je gewoon deeltjes naar buiten komen met bijna de lichtsnelheid en het zwarte gat vertraagt een beetje.
Met andere woorden, er is energie gewonnen uit het zwarte gat.
Kunstwerk van een zwart gat terwijl het een ster uit elkaar scheurt, een wervelende accretieschijf van materiaal eromheen creëert en enorme bundels materie uitblaast die door zijn magnetische veld worden opgewonden. Credit: Aurore Simonnet en NASA's Goddard Space Flight Center
In de krant berekenen de wetenschappers dat de energie-efficiëntie 150% is - dat betekent dat je letterlijk meer energie eruit haalt dan je erin stopt. Dat klinkt onmogelijk, maar onthoud dat je gebruikmaakt van een energiebron die al bestaat, de spin van het zwarte gat. Energie ontstaat dus niet uit het niets.
Dit proces kan enorme hoeveelheden energie opleveren. Nu, let wel, in die vorm - een veld van subatomaire deeltjesstraling die sterk genoeg is om je behoorlijk grondig te koken - is de energie niet erg nuttig voor ons mensen. Misschien zijn we over duizenden jaren in een technologisch stadium waarin we bij een zwart gat kunnen komen en die energie kunnen gebruiken, maar voor nu is dat een klein beetje buiten ons.
Maar niet de natuur. Als we naar zwarte gaten kijken, vooral die in de centra van actieve sterrenstelsels, zien we ze behoorlijk opvlammen met energie. Het is niet helemaal duidelijk waarom; een idee is dat materiaal van de schijf van materie om hen heen abrupt naar binnen valt en krachtige uitbarstingen van energie uitstraalt. Maar het is mogelijk dat magnetische herverbinding in dat plasma deeltjes in enorme hoeveelheden versnelt tot slechts een haartje lager dan de lichtsnelheid. Als dat zo is, dan doet de natuur wat wij zelf niet kunnen: iets uit een zwart gat halen. En het is veel van iets, aangezien de fakkels die in actieve sterrenstelsels worden gezien gemakkelijk kunnen worden miljoenen keer helderder dan de zon.
Nu wil je misschien niet te dicht bij zo'n bron staan. Maar als er een manier is om er gebruik van te maken (en op te slaan!) Zou een paar seconden van die energie de hele menselijke beschaving voor een lange, lange tijd van energie voorzien.
Op een dag. Er zijn eerst een paar technische problemen om op te lossen. Maar ik kan me in de toekomst elk huis voorstellen dat komt met een draaiend kwantumzwart gat dat niet alleen voorziet in al uw energiebehoeften, maar, indien gebruikt op de ouderwetse zwaartekrachtmanier, ook een behoorlijke afvalverwerking zou zijn.
* Wat, zoals is opgemerkt, slecht is; hoewel niet is aangetoond dat het probleem van totale protonische omkering het niveau van statistische significantie bereikt ( Spengler et al., 1985 ).
