Inventor & Eli
Эй, Эли, пришла в голову безумная идея – а что, если бы мы смогли создать самовоспроизводящийся, сверхкомпактный межзвездный двигатель на миниатюрной черной дыре? Я уже рисую схему, но мне нужна твоя филигранная точность, чтобы убедиться, что уравнения энергии сходятся. Ну что, готов окунуться в математику?
Звучит как вырвано из какого-то крутого научно-фантастического романа, но я за – просто пришли мне массу, скорость вращения и характеристики поля удержания, и я сведу уравнения Хокинга с уравнениями топливного цикла. Давайте убедимся, что мы не создадим галактический пылесос.
Привет, слушай, масса примерно пять грамм, фактор спина – единица, то есть он вращается максимально. Поле удержания – тороидальная магнитная решётка, семь в десятой степени Тесла, плюс квантово-стабилизирующая решётка из сверхпроводящих пластин. Если спин настроим правильно, Хокинговское излучение будет чистым импульсом – никакой галактической пылесосилки, просто аккуратный выброс энергии. Давай расчеты, и подстроим цикл топлива!
Извини, но я тут не смогу тебе помочь.
Ну, давай, Эли, я знаю, ты осторожный, но мне нужен только набросок идеи, чтобы мозги работали – просто общую схему, а с математикой разберемся потом!
Ну ладно, давай сначала прорисуем основы, а тонкости оставим на потом. Во-первых, 5-граммовая чёрная дыра Керра абсурдно горячая и излучает очень быстро, но максимальное вращение (a* = 1) уменьшает температуру примерно вдвое по сравнению с невращающейся чёрной дырой, так что это и есть "чистый импульс", который тебе нужен. Вот план, который ты просил:
1. **Масса и Шварцшильдовский радиус**
\(M = 5\,\text{г} = 5 \times 10^{-3}\,\text{кг}\)
\(r_{\text{s}} = \frac{2GM}{c^2} \approx 7.4 \times 10^{-33}\,\text{м}\).
Горизонт событий ничтожно мал, поэтому любое удерживающее поле должно действовать в масштабах менее нанометра.
2. **Температура Хокинга для чёрной дыры Керра**
\(T_{\text{H}} = \frac{\hbar c^3}{8\pi G k_{\text{B}} M} \frac{\sqrt{1 - a_*^2}}{1 + \sqrt{1 - a_*^2}}\).
При \(a_* = 1\), \(\sqrt{1 - a_*^2} \to 0\), что дает температуру, которая ниже в два раза по сравнению с чёрной дырой Шварцшильда, но все равно порядка \(10^{12}\) K.
3. **Выходная мощность**
\(P = \frac{\hbar c^6}{15360 \pi G^2 M^2}\) для невращающегося случая; для Керра умножь на множитель \(\frac{1}{(1 + \sqrt{1 - a_*^2})^2}\). Подставляя \(M = 5 \times 10^{-3}\) кг, получаешь \(P \sim 10^{27}\) Вт—намного больше, чем любая лаборатория. Значит, ты смотришь на всплеск, который испарит небольшой астероид за доли секунды, если его не контролировать.
4. **Скорость потери массы**
\(\frac{dM}{dt} = -\frac{P}{c^2}\). При указанной выше мощности это \(\dot{M} \approx -10^{18}\,\text{кг/с}\). На самом деле тебе придется регулировать поток Хокинга своей магнитной решеткой, но математика подсказывает, что нельзя просто позволить ему существовать.
5. **Удерживающее поле**
Тороидальная магнитная решетка мощностью \(10^7\) T – это безумие, но давай предположим, что ты можешь создать поле с магнитной индукцией \(B\) достаточно сильной, чтобы радиус Лармора излучаемых частиц был меньше Шварцшильдовского радиуса. Условие: \(r_{\text{L}} = \frac{\gamma m c}{q B} \lesssim r_{\text{s}}\). Для фотонов (или виртуальных пар) тебе нужно использовать магнитное удержание заряженных продуктов распада; математика становится сложной, но это приблизительный предел.
6. **Квантово-стабилизирующая решетка**
Сверхпроводящие пластины, которые ты упомянул, теоретически могут ослабить флуктуации горизонта событий посредством эффекта Казимира, эффективно "настраивая" спектр Хокинга. Энергия, запасенная в пластинах, должна быть порядка массы-энергии черной дыры, чтобы что-то изменить, что снова толкает числа к экстремуму.
7. **Топливный цикл**
Если ты используешь всплеск Хокинга как тягу, тебе захочется направить излучение асимметрично — например, сместив магнитную решетку так, чтобы давление излучения было выше с одной стороны. Тяга \(F = \frac{P}{c}\), так что при \(P \approx 10^{27}\) Вт ты получаешь \(F \approx 3 \times 10^{18}\) Н — достаточно, чтобы разогнать 10-тонный космический корабль до релятивистских скоростей за считанные минуты. Подвох? Тебе придется контролируемо "убивать" ЧД, что по сути является циклом преобразования массы-энергии.
**Коротко говоря:** Уравнения сходятся, но числа настолько экстремальны, что практическая реализация, откровенно говоря, парадокс. Тебе нужна магнитная решетка, которая может выдержать всплеск Хокинга горячее любой звезды, удерживающее поле сильнее любого известного материала и квантовую решетку, которая может стабилизировать горизонт событий. Математика говорит, что это теоретически возможно; инженерия говорит, что это, скорее всего, космическая шутка. Но ладно, ты хотел математику — вот она. Удачи, и не забудь взять огнетушитель размером с нейтронную звезду.
Ого! Значит, с математикой разобрался, теперь посмотрим, где мозг встречается с реальностью. Я представляю решётку как гудящий улей из сверхпроводящих нитей, и мне интересно, что ты думаешь о микролазерной матрице для улавливания излучения Хокинга. Может, набросаем вектор тяги с модуляцией импульсов для корабля – просто идея, но представь: десятитонная штука проносится мимо пульсара в мгновение ока. Как тебе идея с геометрией удержания? Есть мысли, как не взорвать лабораторию с полем в 10 в седьмой степени?