У далекому майбутньому, коли у Всесвіті не залишиться нічого, крім чорних дір, що дожили до цього моменту надцивілізаціям доведеться згадати рудну справу. Єдиним способом добути енергію залишиться закидання фотонних ковшів до горизонту подій. Але чи можливо це?
Ніщо не вічно в нашому Всесвіті. У дуже віддаленому майбутньому, наприклад через 1025 років, згаснуть всі зірки, розпадуться найбільш довгоживучі радіоактивні атоми, квазари перероблять у випромінювання майже весь космічний газ і теж навіки загаснуть. У стрімко пустіючому через розширення простору Всесвіту залишаться чорні діри і ті холодні тіла (від нейтронних зірок і білих карликів до планет і планетоїдів всіх розмірів), які ці діри поки не встигнуть заковтнути. У всякому разі, таку долю віщує стандартна модель сучасної космології. І якщо у Всесвіті збережуться одиночні і самотні (все через те ж розширення простору) цивілізації, їм доведеться витягувати енергію з чорних дір, оскільки ніяких інших можливостей вже не залишиться.
Підірвати дірку
Один такий спосіб давно відомий. Якщо діра обертається, вона, згідно з ОТГ (загальної теорії відносності) захоплює за собою навколишній простір. Цей ефект можна використовувати для отримання енергії чисто механічним шляхом. Даний спосіб надійний, але не дуже зручний, оскільки механічну енергію не так просто утилізувати. До того ж він свідомо непридатний, якщо діра не обертається або обертається занадто повільно.
Адам Браун, фізик-теоретик, Стенфордський університет:
"Моя робота не виходить за рамки суто подуманого експерименту. Зокрема, я навіть не намагався уявити, які форми життя могли б пережити загасання зірок. З іншого боку, я покладався на добре розроблену теорію хокінговського випромінювання і сучасні версії теорії струн. Ці версії відрізняються один від одного, проте висновки зберігають свою силу в будь-якому випадку: чорнодирним випромінюванням ніяку цивілізацію не зігрієш. І справа тут не в нестачі винахідливості, а просто в обмеженнях, які накладають фундаментальні закони природи - у всякому разі, як ми їх зараз розуміємо ".
Куди краще змусити її поступитися малою дещицею енергії у вигляді електромагнітного випромінювання. І це можливо: понад сорок років тому Стівен Гокінг показав, що горизонт чорної діри безперервно випромінює фотони, спектр яких точно відповідає спектру абсолютно чорного тіла. Правда, їх температура майже завжди дуже низька - для діри сонячної маси вона становить всього 5 • 10-8 К, а для чорних дір в центрах галактик - ще в мільйони і мільярди разів менше. Оскільки випромінююча діра втрачає масу, вона нагрівається, світить все яскравіше і зрештою вибухає, виділяючи величезну енергію. Чудове джерело енергії, чи не так? Є, правда, одне «але»: цей процес дуже повільний, і навіть скромна діра сонячного калібру може стати реальним джерелом енергії десь через 1065 років після свого народження. Ніяка цивілізація стільки не протягне.
Фотоночерпалка
Але є й інша можливість, яку розглянув фізик-теоретик зі Стенфордського університету Адам Браун. Вся справа в тому, що околицю чорної діри залишають аж ніяк не всі частинки хокінговського випромінювання. Деякі з цих фотонів справді відлітають у нескінченність, проте здебільшого вони захоплюються гравітаційним полем діри і повертаються до горизонту подій. Обертання діри не тільки не усуває цей ефект, але навіть його підсилює. В результаті поблизу горизонту накопичуються фотони, в тому числі і досить гарячі. Витягти їх нескладно. Опустимо на міцному тросі до горизонту «фотоночерпалку» - контейнер з дзеркальними стінками, заповнимо його випромінюванням, закриємо і піднімемо нагору. Ніщо не заважає раз за разом повторювати цю операцію, перетворивши дірку на практично невичерпне джерело найціннішої променевої енергії.
Випромінювання Гокінга
У 1974 році Стівен Гокінг, використовуючи квантовий підхід, передбачив, що чорні діри повинні випускати випромінювання з тепловим спектром. Воно виникає в околиці горизонту подій через взаємодію вакуумних флуктуацій з гравітаційним полем. Поблизу горизонту народжуються і аннігілюють віртуальні пари частинок і античастинок, і можливий випадок, коли античастинка буде захоплена чорною дірою, а частинка відлетить у нескінченність. Античастинка, що впала в чорну діру, зменшує її повну енергію спокою (а значить, масу). Через випромінювання Гокінга чорні діри втрачають масу («випаровуються») і зрештою гинуть, але час життя дірок астрономічних масштабів на десятки порядків більше нинішнього віку Всесвіту.
Але ніяка сталь, ніякі надміцні полімери і навіть вуглецеві нанотрубки, міцність яких на багато порядків перевершує відомі сьогодні матеріали, не витримають навантаження - поблизу діри вони порвуться просто під дією власної ваги. Тому Браун у своїй моделі зупинився на найміцнішому з теоретично можливих матеріалів - переплетених квантових струнах. Але і це не врятувало конструкцію: навіть теоретично такий трос буде досить міцним лише настільки, щоб витримати власну вагу. Трос можна опустити до самого горизонту і витягнути назад, але ніякого вантажу він вже не витримає.
А чи не можна обійти цю перешкоду? Зупинимо наш ліфт ближче до верхньої межі променевої атмосфери діри. Фотонів там менше, вони холодніші, але зате трос піддасться меншим напругам. Такий варіант можливий, але марний: ефективність чорної діри як джерела випромінювання близька до нуля. Тож надцивілізацію майбутнього, схоже, чекає нескінченно довга холодна зима.