Reaktor crna rupa

Reaktor crna rupa je hipotetički izvor energije, gde se kao izvor energije koriste mikroskopske crne rupe. Princip rada takvog reaktora je upotreba energije koja se oslobađa tokom "isparavanja" crne rupe (Hokingove radijacije). Ovaj se koncept prvi put pojavljuje u naučnofantastičnom delu „Matica Zemlja” Artura Klarka, a kasnije i u delima Čarlsa Šefilda.

Razmatrane su dve vrste reaktora:

• eksplozivni reaktor - koristi se jedna crna rupa dok je ne uništi,
• kontinuirani reaktor - materija se neprestano dovodi do crne rupe.

Ova energija može se koristiti kao mlazni motor. Ideju o korišćenju veštačke crne rupe i paraboličnog ogledala za preusmeravanje Hokingove radijacije analizirali su 2009. godine Luis Krejn i Šon Vestmorlend. Njihov zaključak je bio da će efekti kvantne gravitacije koji su još nepoznati ili olakšati ili onemogućiti ovaj dizajn. Slične koncepte predložio je Aleksandar Bolonkin.

Teorija Crnih rupa neophodna u ovom slučaju

Koncept crne rupe kao apsolutnog crnog tela ispravili su Starobinski i Zeldovič 1974. za rotirajuće crne rupe, a to je generalizovao S. Hoking 1975. godine. Proučavajući ponašanje kvantnih polja u blizini crne rupe, Hoking je predvideo da crna rupa mora emitovati čestice u svemir i na taj način gubi masu. Ovaj efekat se naziva Hovkingova radijacija. Jednostavno rečeno, gravitaciono polje polarizuje vakuum, što rezultuje formiranjem, ne samo virtuelnih, već i stvarnih parova čestica - antičestica. Jedna od čestica, koja se nalazi odmah ispod horizonta događaja, upada u crnu rupu, a druga, koja se nalazi iznad horizonta, leti oduzimajući energiju (tj. deo mase, jer su masa i energija povezane Ajnštajnovom jednačinom ${\textstyle E=mc^{2}}$) crne rupe.

Temperatura Hokingove radijacije je:

$T_{H}={\frac {\hbar c^{3}}{8\pi GMk_{b}}}$, gde su:

$\hbar$ - redukovana Plankova konstanta ($\hbar ={\frac {h}{2\pi }}$);

$c$ - brzina svetlosti;

$G$ - gravitaciona konstanta dobijena iz Njutnovog zakona gravitacije ($F=G{\frac {m_{1}m_{2}}{r^{2}}}$);

$M$ - masa crne rupe;

$k_{b}$ - Bolcmanova konstanta.

Prednosti za međuzvezdano putovanje

Iako izvan trenutnih tehnoloških mogućnosti, korištenje ovog reaktora kao pogon za međuzvezdano putovanje nudi velike prednosti u odosu na neke druge tehnologije. Na primer, korištenjem nuklearne fisije ili fuzije mala količina mase se pretvara u energiju. Još jedna alternativa bila bi pogon na antimateriju, ali je proizvodnja i skladištenje antimaterije veoma energetski neefektivna.

Kriterijumi koje mora ispuniti crna rupa

Prema mnogim autorima i naučnicima crna rupa korištena kao pogon mora da ispuni 5 kriterijuma:

• da ima dovoljno dug vek trajanja da bi bila korisna,
• da bude dovoljno jaka da za kratko vreme može da ubrza svemirski brod do razumno visokog dela brzine svetlosti,
• da je dovoljno mala da bi je mogli napraviti,
• da je dovoljno velika da se energija može fokusirati,
• da ima masu približnu masi svemirskog broda.

Po svemu sudeći, crne rupe korištene u ovu svrhu mogu da imaju „idealnu” masu, snagu i životni vek. Na primer, crna rupa mase $6\times 10^{8}$kg i Švarcšildovog poluprečnika 0,9 atometara ($9\times 10^{-19}$m), snagu od ${\textstyle 1,6\times 10^{17}}$W, a životni vek od 3,5 godina. U idealnim uslovima (gde se 100% energije pretvara u kinetičku energiju) bi ova crna rupa ubrzala svemirski brod do 0.1c (10% brzine svetlosti).

Kritike dizajna

Većina kritika ovog dizajna usmerena je na mogućnost izrade takvog svemirskog broda. Prema standardnom modelu termodinamike crne rupe, prosečna energija oslobođena po kvantu se povećava proporcionalno smanjenju veličine crne rupe. Ekstremno male crne rupe većinu svoje energije oslobađaju u vidu ostalih elementarnih čestica osim fotona.

U naučnoj fantastici

• Artur Klark, „Matica Zemlja”,
• U Star Treku Romulanska klasa broda D'derideks koristi kvantnu singularnost za napajanje,
• Vavilon 5,
• Sid Mejerov Alfa Kentauri.