چطور انسان می‌تواند از انرژی بی پایان سیاه چاله استفاده کند؟

گجت نيوز

بروزرسانی 1404/02/22 - 22:50

چطور انسان می‌تواند از انرژی بی پایان سیاه چاله استفاده کند؟

گجت نیوز/ انسان روزی از منظومه شمسی خارج خواهد شد و در کهکشان به کاوش می‌پردازد. در آن صورت آیا می‌توانیم از انرژی بی‌پایان سیاه چاله برای اهداف خود استفاده؟ دانشمندان پیشنهادهای جذابی دارند.

روزی انسان‌ها در غار زندگی می‌کردند و فقط از اینکه زنده می‌مانند راضی بودند. هرچند اکنون کار به‌جایی رسیده است که سودای سفر به مریخ را در سر داریم و پس از آن نیز نوبت به سایر سیاره‌ها و قمرهای منظومه شمسی می‌رسد. به‌باور دانشمندان همزمان با رشد تمدن انسانی نیاز ما به انرژی نیز افزایش پیدا می‌کند. در نهایت روزی مجبور می‌شویم حتی سراغ استفاده از انرژی سیاه چاله برویم. آیا این ایده عملی است؟

راه‌های مختلف برای مهار و استفاده از انرژی بی‌پایان سیاه چاله

در حال حاضر دانشمندان دو گزینه را برای تامین انرژی تمدن بزرگ انسانی در آینده مطرح کرده‌اند. البته منظورمان زمانی است که انسان توانسته تمامی منابع انرژی زمین را تحت‌کنترل خود درآورده و سراغ کنترل منابع انرژی موجود در کهکشان راه شیری برود. گروهی تصور می‌کنند که بهترین راه‌حل ساخت کره دایسون در اطراف یک ستاره است. انرژی دریافتی از یک ستاره قطعا برای نیازهای انسان کافی به‌نظر می‌رسد؛ اما ساخت کره دایسون با چالش‌های بسیار زیادی همراه خواهد بود.

کره دایسون در واقع یک سازه فرضی است که می‌تواند اکثر انرژی ستاره را دریافت کند. ما هنوز نتوانسته‌ایم هیچ نشانه‌ای از وجود کره دایسون را در جهان پیدا کنیم. پس یا هیچ تمدن نوع ۲ در مقیاس کارداشف در جهان هستی وجود ندارد یا اینکه آنها فکر می‌کنند کره دایسون چندان ایده خوبی نیست. اینجاست که ایده استفاده از انرژی سیاه چاله مطرح می‌شود.

فرآیند پنروز برای مهار سیاه‌چاله
اولین‌بار یک فیزیکدان برجسته به‌نام راجر پنروز این ایده را مطرح کرد. او گفت که انسان می‌تواند از انرژی یک سیاه چاله چرخان برای اهداف خود استفاده کند. اول از همه باید یک جسم را به ارگوسفر سیاه چاله برسانیم. ارگوسفر اندکی بیرون از افق رویداد قرار دارد. در این منطقه همه‌چیز حول محور سیاه چاله می‌چرخد؛ اما هنوز امکان فرار از گرانش وحشتناک آن وجود دارد.

در این منطقه جرم ارسالی سرعت می‌گیرد و بخشی از انرژی سیاه چاله را از آن خود می‌کند. این ایده با نام فرآیند پنروز شناخته می‌شود. برای اینکه جرم از سیاه چاله نجات پیدا کند، به انرژی منفی نیاز خواهیم داشت. در غیر این‌صورت به‌جای استفاده از انرژی سیاه چاله فقط آن را تقویت کرده‌ایم.

حالا تصور کنید پس از محاسبات بسیار دقیق یک ذره را وارد منطقه ارگوسفر کرده‌ایم. در همان لحظه اولیه ذره به‌دو قسمت تبدیل می‌شود. یکی از آنها توسط سیاه چاله جذب شده و دیگری به‌ سمت نقطه‌ای دور حرکت می‌کند. با توجه به چگالی بسیار زیادی داخل سیاه چاله، قسمت جذب‌شده می‌تواند دارای انرژی منفی باشد.

محاسبات پنروز نشان داد که در این موقعیت تکه فرار کرده از سیاه چاله انرژی بیشتری نسبت به تکه اسیر شده در آن خواهد داشت. آیا قانون پایستگی انرژی زیر سوال رفته است؟ خیر! جذب ذره با انرژی منفی باعث کاهش جرم-انرژی سیاه چاله می‌شود که یعنی اندکی سرعت چرخش آن را کم می‌کند. به بیان ساده‌تر ما توانسته‌ایم بخشی از انرژی سیاه چاله را استخراج کنیم.

نزدیک شدن به سیاه‌چاله با فرآیند بلندفورد-زنایک
یک روش دیگر نیز برای استفاده از انرژی سیاه چاله وجود دارد. این روش به‌نام فرآیند بلندفورد-زنایک شناخته می‌شود. در هنگام سقوط گازهای تشکیل‌دهنده قرص برافزایشی در سیاه چاله یک مسیر مارپیچی ایجاد می‌شود. در این مسیر اصطکاک شدید گازها باعث می‌شود که دمای آنها به میلیون‌ها درجه کلوین برسد. همین دمای بالا نیز برای یونیزه کردن گازها (تبدیل آن به پلاسما با دریایی از یون‌های مثبت و الکترون‌های منفی) کافی است.

تلاطم شدید ذرات باردار سبب ایجاد میدان‌های مغناطیسی آشفته می‌شود. میدان‌هایی که در نهایت پلاسما را با سرعتی نزدیک به سرعت نور به بیرون پرتاب می‌کنند. اگر در یکی از سیاره‌های نزدیک سیاه چاله سکونت داشته باشیم، می‌توانیم با تجهیزات پیشرفته خود انرژی موجود در جت‌های پلاسما را دریافت کنیم.

استخراج انرژی سیاه چاله با محرک هاله‌ای
سومین راه برای استفاده از انرژی سیاه چاله به مفهوم محرک هاله‌ای مربوط می‌شود. این ایده به‌تازگی مطرح شده است و نسبت به روش‌های دیگر مزیت‌های قابل توجهی دارد. اول از همه اینکه دیگر لازم نیست ذره‌‌ای را به درون سیاه چاله بفرستیم. دوم اینکه از انرژی منفی نیز بی‌نیاز خواهیم شد.

وقتی نور از یک چاه گرانشی عبور می‌کند، مقداری انرژی به‌دست می‌آورد. از آنجایی که نور با حداکثر سرعت ممکن در جهان هستی حرکت می‌کند، نمی‌تواند سرعت خود را افزایش دهد. در عوض پس از وارد شدن به یک چاه گرانشی شاهد افزایش فرکانس نور و آبی‌گرایی و در هنگام خروج شاهد سرخ‌گرایی هستیم. همین ایده نیز در مفهوم محرک حاله‌ای برای استفاده از انرژی سیاه چاله مطرح می‌شود.

ایده کار خیلی ساده است. یک پرتو نور را به‌سمت سیاه چاله‌ای که با سرعت زیاد می‌چرخد می‌فرستیم. سپس از نوری که انرژی بیشتری دریافت کرده و دچار آبی‌گرایی شده برای شتاب دادن به فضاپیما استفاده می‌کنیم. استفاده از یک سیاه چاله چرخان باعث می‌شود که انرژی جنبشی به پرتو نور منتقل گردد. نور نیز نه‌تنها به فضاپیما شتاب می‌دهد، بلکه انرژی آن را نیز افزایش خواهد داد.

از نظر تئوری حتی می‌توانیم به ۱۳۳ درصد سرعت سیاه چاله برسیم که یعنی شاید حتی تا ۹۰ درصد از سرعت نور هم ممکن باشد. البته توجه داشته باشید که همه اینها روی کاغذ جواب می‌دهند. ما هنوز نتوانسته‌ایم حتی از منظومه شمسی خارج شویم و قطعا توانایی رسیدن به نزدیک‌ترین سیاه چاله به زمین را هم نداریم. چراکه حتی با سریع‌ترین فضاپیمای ساخت بشر باید ۲.۴ میلیون سال در راه باشیم.

چالش‌های استفاده از انرژی سیاه چاله
ایده استفاده از انرژی سیاه چاله بسیار جذاب به‌نظر می‌رسد؛ اما چالش‌های بسیار زیادی دارد. اول از همه اینکه باید بتوانیم راهی برای طی کردن فاصله بسیار زیاد زمین با بزرگترین سیاه چاله‌های جهان پیدا کنیم. دوم اینکه باید یک سپر بسیار پیشرفته برای فضاپیمای خود داشته باشیم تا بتواند در برابر پرتوهای بسیار شدید و خطرناک اطراف سیاه چاله دوام بیاورد.

مشکل دیگر به نحوه مهار و استفاده از انرژی سیاه چاله مربوط می‌شود. انرژی پرتاب‌شده از سیاه چاله بسیار پراکنده و پرقدرت است. ما حتی نمی‌توانیم انرژی آذرخش را مهار کنیم، آیا در فکر مهار کردن جت پلاسما از یک سیاه چاله کلان‌جرم هستیم؟

در نهایت اینکه باید برای استفاده از انرژی سیاه چاله به‌شدت به آن نزدیک شویم. در چنین موقعیتی کوچکترین اشتباه به‌معنی مرگ و نابودی کل ماموریت خواهد بود. با نگاهی به مشکلات پیش‌رو به‌نظر می‌رسد شاید فعلا استفاده از انرژی ستاره گزینه معقول‌تری باشد.