Skąd wziąć energię potrzebną do funkcjonowania naszej cywilizacji? Cały czas polegamy głównie na spalaniu paliw kopalnych – powiększając kryzys klimatyczny. I choć energetyka słoneczna i wiatrowa rozwijają się, tylko w pewnym stopniu zaspokajają światowe potrzeby energetyczne.

Naukowcy próbują wymyślić, co z tym zrobić. Najczęściej koncentrują się na usprawnianiu istniejących obecnie technologii. Jednocześnie jednak pojawiają się koncepcje rodem prosto z fantastyki naukowej. Niedawno dwóch fizyków wpadło na szalony pomysł, którego nie powstydziłby się Cixin Liu, autor „Problemu trzech ciał”.

Jaki to pomysł? Zróbmy baterię z mini czarnych dziur – proponują Espen Gaarder Haug i Gianfranco Spavieri w czasopiśmie naukowym „High Energy Density Phisics”.

Reaktor fuzyjny z czarnych dziur

Od razu trzeba zaznaczyć jedno. Koncepcja Hauga i Spavieriego jest czysto teoretyczna. Opiera się na ogólnej teorii względności. Korzystając z niej, para badaczy rozważa mikroskopijne czarne dziury składające się na urządzenie działające trochę jak reaktor fuzyjny. Czyli uwalniające energię w wyniku połączenia się i anihilacji pewnych elementów składowych. 

Jak policzyli badacze, tego rodzaju hipotetyczna bateria musiałaby składać się z czarnych dziur o masie Plancka. Czyli wynoszącej 2,17 x 10-8 kg. „To mniej więcej tyle samo, ile waży jajo muchy” – piszą naukowcy. 

Stabilna bateria z czarnych dziur

Te mikroskopijne czarne dziury musiałyby również mieć ładunek elektryczny. To niezbędny warunek, ponieważ wówczas pojawiłaby się siła odpychająca, która przeciwdziałałaby sile grawitacji. I tym samym zapobiegłaby natychmiastowemu połączeniu się czarnych dziur. Czarne dziury „dodatnie” zostałyby oddzielone od „ujemnych”. A następnie uwalniane w parach, jedna po drugiej. 

Po spotkaniu naładowane przeciwnie czarne dziury uległyby anihilacji. Przy okazji zaś wydzielałaby się energia. Ile by jej było? Według Hauga i Spavieriego jedna kilogramowa bateria z czarnych dziur zawierałaby 470 mln więcej energii niż najefektywniejsza 200-kilogramowa bateria litowa istniejąca obecnie.

Schemat baterii z mikroskopijnych czarnych dziur. / Ryc. Haug & Spavieri, High Density Energy Physics, 2024

Fantazje czy przyszłe rozwiązanie problemu energii?

Powyższy pomysł nie ma jeszcze nic wspólnego z rzeczywistością. A ile ma z wiedzą naukową? Autorzy pracy odpowiadają na kilka podstawowych wątpliwości. 

  • Po pierwsze, przypominają, że teoria dopuszcza istnienie niezwykle małych czarnych dziur. To tzw. pierwotne czarne dziury, które miałyby powstać w ultragorącej plazmie, z jakiej składał się Wszechświat na samym początku istnienia. Ponieważ są bardzo stare, wypromieniowały już większość swojej energii. Dlatego nigdy jeszcze nie wykryliśmy żadnej z nich.
  • Po drugie, wykorzystany przez nich do obliczeń rodzaj czarnych dziur (Reissnera–Nordströma) ma szczególne właściwości. W ich przypadku dopuszczalne jest, że dwa takie obiekty o tym samym ładunku odpychałyby się z siłą dokładnie równoważącą siłę przyciągania. Zatem zebranie razem takich czarnych dziur nie poskutkowałoby ich natychmiastowym połączeniem. 
  • Po trzecie, choć nic nie może uciec z czarnej dziury, połączenie się dwóch takich obiektów powadzi do wyzwolenia się ogromnej energii. Dane z LIGO wskazują, że w przypadku fuzji „zwykłych” czarnych dziur 5–10 proc. łącznej masy obu obiektów jest uwalniane w postaci energii. W opisanym wyżej artykule fizycy idą jeszcze dalej. „Zasugerujemy nawet, że w wyniku połączenia dwóch mikro czarnych dziur z ładunkiem Plancka o przeciwnych znakach prawdopodobnie cała masa uwolniłaby się w postaci energii. Uznajemy to za anihilację mikro czarnych dziur” – piszą badacze.

Czy ta teoria ma szanse kiedykolwiek zmienić się w rzeczywistość? Niczego nie można wykluczyć. Jednak „wkraczamy tutaj na nieznane terytorium” – przyznają Haug i Spavieri . „Naszą koncepcję można uznać za spekulatywną, mimo że opiera się na rygorystycznych obliczeniach z ogólnej teorii względności” – dodają fizycy.

Co ciekawe, kilka miesięcy temu na zbliżony pomysł wpadli chińscy naukowcy. W pracy umieszczonej na serwisie preprintów arXiv.org wykorzystali jednak innym model czarnych dziur – tzw. czarne dziury Schwarzchilda.

Źródła: Science Alert, High Energy Density Phisics, arXiv.org