Como os buracos negros de Kugelblitz poderiam alimentar futuras espaçonaves

Em teoria, poderíamos usar lasers de alta energia para fazer nossos próprios buracos negros artificiais, potencialmente capturando a enorme energia que eles emitem.

Buraco negroFoto do filme de J.J. Filme de Abrams, 'Star Trek', de 2009.
  • Pensamos nos buracos negros como tradicionalmente sendo formados quando a matéria é compactada de forma tão densa que a gravidade que eles exercem impede que até mesmo a luz escape de seu horizonte de eventos.
  • No entanto, Einstein mostrou que energia e matéria são equivalentes; em vez de pegar a enorme quantidade de matéria necessária para fazer um buraco negro de tamanho suficiente, poderíamos fazer um usando a luz, conhecido como kugelblitz.
  • Se tivéssemos a tecnologia para capturá-lo, a energia de um kugelblitz seria extraordinariamente útil.

Aqui está a receita para fazer um buraco negro: comece com uma quantidade considerável de hidrogênio, o suficiente para fazer uma estrela sobre 25 vezes a massa do sol. Esse hidrogênio começará a se transformar em hélio. Deixe a estrela cozinhar por alguns milhões de anos e ela começará a ficar sem hidrogênio para queimar. Em seguida, ele começará a queimar hélio em carbono ou oxigênio, esses elementos se fundirão para faça outros em uma cadeia de diferentes reações de fusão e, eventualmente, começará a produzir ferro. O ferro não pode produzir energia por fusão, então a estrela ficará sem o combustível que a tornou uma estrela. Sua massa entrará em colapso para dentro e ricocheteará no núcleo de ferro, produzindo uma supernova. Se você começou com uma estrela grande o suficiente, grande parte de sua massa estará concentrada em um espaço tão denso que a luz não pode escapar, resultando em um buraco negro perfeitamente cozido.



Embora seja a receita clássica, existem várias maneiras de fazer buracos negros, mas nenhuma é tão interessante quanto o kugelblitz.



Um buraco negro feito de luz

As nuvens de elementos, ou nebulosa, deixadas para trás após uma supernova. Quando uma estrela explode em uma supernova, geralmente, um buraco negro é deixado para trás.

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NASA



Até onde sabemos, a maioria dos buracos negros é formada por uma enorme quantidade de matéria concentrada em um espaço compactado. Em teoria, porém, esse não precisa ser o caso. Fórmula de Einstein É = mc doisnos diz que a energia é equivalente à matéria vezes a velocidade da luz ao quadrado. No que diz respeito à criação de buracos negros, isso tem três implicações importantes para nós: massa e energia são equivalentes, massa tem uma quantidade enorme de energia trancada dentro de si mesma e a gravidade trata massa e energia da mesma forma.

É aqui que entra o kugelblitz. Alemão para 'relâmpago de bola', um kugelblitz é um buraco negro feito de luz em vez de matéria. Por luz, queremos dizer qualquer tipo de radiação, na verdade. Embora a luz não tenha massa, ela tem energia. Visto que a gravidade trata massa e energia da mesma forma, em teoria, podemos concentrar radiação suficiente em um espaço minúsculo e produzir um horizonte de eventos, uma área no espaço tão densamente compactada (com matéria ou energia) que nada pode escapar.

Se desenvolvermos um laser que atira raios gama (a maioria forma energética de radiação eletromagnética) com magnitudes mais poderosas do que qualquer laser já construído e focado em um ponto muito preciso no espaço, poderíamos nos tornar um kugelblitz. Um único pulso deste laser precisaria liberar uma quantidade de energia equivalente ao sol em cerca de 1/10 de segundo , mas poderíamos teoricamente construir tal dispositivo em um futuro distante.



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Por que queremos fazer isso?

Uma representação artística de um buraco negro.

Wikimedia Commons

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Não queremos fazer um buraco negro grande o suficiente para se sustentar indefinidamente. Todos os buracos negros emitem Radiação Hawking , mas pensamos que os menores emitem mais radiação do que os maiores. Em certo ponto, um pequeno buraco negro emite tanta radiação que não consegue sustentar seu tamanho, mesmo devorando matéria e energia próximas. Eventualmente, um pequeno buraco negro irradia-se para a inexistência.

Jeffrey Lee da Baylor University escreveu vários artigos sobre buracos negros de Kugelblitz, um dos quais enfoca seus potenciais usos práticos. Em um artigo de 2015 para o Jornal da Sociedade Interplanetária Britânica chamado ' Aceleração de uma nave espacial Schwarschild Kugelblitz , 'Lee apresenta os fundamentos teóricos do uso de um kugelblitz para, bem, acelerar uma nave espacial.

Se tivéssemos a capacidade de cercar um kugelblitz com uma esfera de Dyson - estruturas hipotéticas tipicamente concebidas como circundando e coletando a energia das estrelas - então poderíamos capturar a imensa quantidade de energia que ela produz na forma de radiação de Hawking. Como gostaríamos de encontrar um equilíbrio entre a produção de energia do kugelblitz e sua vida útil (lembre-se, quanto maior o buraco negro, menos radiação Hawking ele produz, mais tempo de vida e vice-versa), Lee sugere a produção de um kugelblitz do tamanho de um atômetro . É um buraco negro com um quintilionésimo do tamanho de um metro.

Esse buraco negro 'viveria' por cerca de 5 anos e produziria 129 petawatts de potência, ou 129 bilhões de watts. Conectado a um motor perfeitamente eficiente de uma espaçonave, poderíamos acelerar a 72% da velocidade da luz antes que o kugelblitz morresse, tornando a viagem interestelar uma proposição muito mais viável.

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Poderiam os kugelblitzes ser os motores das espaçonaves do futuro? Pode ser. Eles também têm a infeliz propriedade de serem tão quentes que nosso conhecimento atual da física não pode prever como eles se comportarão. Especificamente, eles excederiam a temperatura de Planck, que é 1,416808 (33) × 1032Kelvin, ou (prepare-se para alguns zeros) 142.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 K.

Aqui está o problema: essa temperatura é tão alta que o matemática que usamos para prever as leis da física são destruídas. Não é que a física em si deixe de existir, mas que nosso entendimento é muito limitado para dizer com precisão o que vai acontecer. À medida que avançamos em nossas capacidades tecnológicas e compreensão teórica, porém, pode ser que o uso de kugelblitzes em espaçonaves se torne nosso método preferido para viagens interestelares.

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