ضربه به یک سیاهچاله فرضی می‌تواند باعث ایجاد یک بمب دیوانه‌وار شود

برداشت هنری از یک سیاهچاله. (مارک گارلیک/کتابخانه عکس علمی/گتی ایماژ)

سیاهچاله‌ها موتورهای گرانشی قدرتمندی هستند. بنابراین ممکن است تصور کنید که با این فرصت باید راهی برای استخراج انرژی از آنها وجود داشته باشد و حق با شماست.

مطمئناً، ما می‌توانیم از تمام گرما و انرژی جنبشی دیسک برافزایشی سیاه‌چاله و جتهای آن بهره ببریم، اما حتی اگر تنها چیزی که داشتید یک سیاه‌چاله در فضای خالی بود، باز هم می‌توانید از ترفندی به نام فرآیند پنروز انرژی استخراج کنید.

اولین بار توسط راجر پنروز در سال 1971 پیشنهاد شد و راهی برای استخراج انرژی چرخشی از سیاهچاله است. از اثری به نام کشش چارچوب استفاده می‌کند، جایی که یک جسم در حال چرخش فضای مجاور را به گونه‌ای می‌پیچد که جسمی که به سمت بدنه می‌افتد کمی در طول مسیر چرخش کشیده می‌شود.

ما این اثر را در نزدیکی زمین مشاهده کرده‌ایم، هرچند کوچک است. در نزدیکی یک سیاهچاله در حال چرخش، اثر می‌تواند بسیار زیاد باشد. آنقدر قوی که در ناحیه‌ای به نام ارگوسفر، اجسام را می‌توان با سرعتی بیشتر از نور در فضای آزاد به اطراف سیاهچاله کشید.

تقریباً، فرآیند پنروز به این صورت است که به درون ارگوسفر سیاهچاله‌ای که به سرعت در حال چرخش است می‌روید و سپس مقداری جرم یا تشعشع را به درون سیاه‌چاله رها می‌کنید. ضربه چرخشی حاصل، شما را سریعتر از آنچه دور می‌کند که به سیاهچاله نزدیک شده‌اید. انرژی اضافی که دریافت می‌کنید با کاهش سرعت چرخش سیاهچاله متعادل می‌شود.

این فرآیند در تئوری می‌تواند تا 20 درصد از انرژی جرمی سیاهچاله را استخراج کند که بسیار زیاد است. در مقایسه، ذوب هیدروژن به هلیوم تنها حدود 1 درصد از انرژی جرمی را تولید می‌کند.

البته فیزیکدانان نظری هرگز راضی نیستند. اگر می‌توانید 20 درصد از انرژی جرمی را از یک سیاهچاله استخراج کنید، چرا بیشتر از آن نه؟

این تمرکز مقاله اخیر است، اگرچه باید توجه داشت که بر ایده انتزاعی‌تر از یک سیاهچاله تمرکز دارد که ما در جهان می‌بینیم.

سیاهچاله‌های ساده را می‌توان با سه چیز مشخص کرد: جرم، چرخش و بار الکتریکی. سیاهچاله‌هایی که مشاهده می‌کنیم دو مورد اول را دارند، اما از آنجایی که ماده از نظر الکتریکی خنثی است، سومی نیست. این مقاله بر روی سیاهچاله‌های باردار تمرکز دارد.

جهان ما نیز در حال انبساط است و تقریباً می‌توان آن را با حل معادلات اینشتین به نام فضای دی سیتر توصیف کرد که یک جهان خالی با یک ثابت کیهانی مثبت را توصیف می‌کند. فضای Anti-de Sitter (AdS) جهانی با ثابت کیهانی منفی خواهد بود.

اگرچه AdS جهان ما را توصیف نمی‌کند، اما چند ترفند ریاضی را که نظریه‌پردازان دوست دارند، امکان‌پذیر می‌کند، بنابراین اغلب برای کشف محدودیتهای نسبیت عام استفاده می‌شود. این مقاله به طور خاص به یک سیاهچاله باردار در فضای ضد دی‌سیتر نگاه می‌کند.

اگرچه این مطالعه کاملاً فرضی است، اما به عنوان یک سناریوی «چه می‌شد» جالب است. به جای استخراج انرژی از چرخش سیاهچاله، نویسندگان به چگونگی استخراج انرژی از طریق فروپاشی ذرات با استفاده از اثر Bañados-Silk-West (BSW) می‌پردازند.

با استفاده از نوعی آینه محصور شده الکترومغناطیسی یا فیزیکی، ذرات می‌توانند به جلو و عقب در نزدیکی افق رویداد منعکس شوند و از سیاهچاله انرژی بگیرند تا زمانی که به عنوان انرژی قابل استفاده تجزیه شوند.

مشکل این ایده، همانطور که نویسندگان نشان می‌دهند، این است که این امر می‌تواند منجر به یک اثر فرار شود که در آن انرژی ذرات انرژی ذرات را در یک نگاه بازخورد تقویت می‌کند و منجر به چیزی می‌شود که به عنوان بمب سیاه‌چاله شناخته می‌شود. بنابراین اگر متوجه شدید که در نزدیکی یک سیاهچاله باردار در جهان ضد دی سیتر در حال ساخت نیروگاهی هستید، با احتیاط قدم بردارید.

اما جالب‌تر این است که نویسندگان به مورد یک سیاهچاله باردار در یک جهان ضد دی سیتر نیز نگاه کردند. در این صورت انرژی از سیاهچاله نیز استخراج می‌شود.

به جای آینه‌ها، ساختار فضا-زمان خود به عنوان نوعی اتاق حبس عمل می‌کند. بنابراین سیاهچاله باردار به خودی خود انرژی آزاد می‌کند. این تشعشع شبیه تابش هاوکینگ خواهد بود، اما در این مورد، به گرانش کوانتومی متکی نیست. نویسندگان همچنین دریافتند که این مورد منجر به بمب سیاهچاله نمی‌شود.

همانطور که قبلا ذکر شد، هیچ یک از اینها در مورد سیاهچاله‌های واقعی در جهان ما صدق نمی‌کند. تا آنجا که می‌دانیم، فرآیند پنروز بهترین کاری است که می‌توانیم انجام دهیم.

اما مطالعاتی مانند این به دلیل آنچه مفید است که در مورد ماهیت بنیادی فضا و زمان آشکار می‌کند و اکنون می دانیم که حتی در یک ضد جهان عجیب که فقط می توانیم تصور کنیم، سیاهچاله ها می توانند در طول زمان انرژی آزاد کنند.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Tapping Into The Power of a Hypothetical Black Hole Could Create an Insane Bomb

ByBRIAN KOBERLEIN, UNIVERSE TODAY30 January 2024

https://www.sciencealert.com/tapping-into-the-power-of-a-hypothetical-black-hole-could-create-an-insane-bomb