Could we steal the power of a black hole? - Fabio Pacucci

Перекладач: Ярослав Стригун Утверджено: Khrystyna Romashko

Imagine a distant future when humans reach beyond our pale blue dot,

Уявіть, що в далекому майбутньому людство вийде за межі нашої блакитної цяточки,

forge cities on planets thousands of light-years away,

заснує нові міста на планетах за тисячі світлових років від нашої домівки

and maintain a galactic web of trade and transport.

і налагодить систему міжпланетної торгівлі та транспорту.

What would it take for our civilization to make that leap?

Але як наша цивілізація може здійснити такий технологічний стрибок?

There are many things to consider— how would we communicate?

Маємо обміркувати купу речей:

Якими будуть наші засоби зв'язку?

What might a galactic government look like?

Якою буде форма галактичного правління.

And one of the most fundamental of all:

І найголовніше:

where would we get enough energy to power that civilization—

де ми візьмемо джерело енергії, достатньої для потреб цієї цивілізації:

its industry, its terraforming operations, and its starships?

для промисловості, тераформування та космічних перевезень.

An astronomer named Nikolai Kardashev proposed a scale

Астроном Микола Кардашов запропонував шкалу,

to quantify an evolving civilization’s increasing energy needs.

що визначає, як зростатимуть потреби еволюціонуючої цивілізації в енергії.

In the first evolutionary stage, which we’re currently in,

На першому етапі розвитку, власне, теперішньому,

planet-based fuel sources like fossil fuels,

планетарних енергетичних ресурсів, наприклад, горючого палива,

solar panels and nuclear power plants

сонячних панелей та атомних електростанцій,

are probably enough to settle other planets inside our own solar system,

ймовірно, буде достатньо для космічних завоювань в середині Сонячної системи,

but not much beyond that.

але точно не поза нею.

For a civilization on the third and final stage,

Для цивілізації третього й останнього етапу

expansion on a galactic scale would require about 100 billion times

галактична експансія потребуватиме десь в сто мільярдів разів більше енергії,

more energy than the full 385 yotta joules our sun releases every second.

ніж повних 385 йотаджоулів, які наше Сонце вивільняє щосекундно.

Barring a breakthrough in exotic physics,

Якщо не брати до уваги досягнень екзотичної фізики,

there’s only one energy source that could suffice:

існує лише одне джерело енергії, якого буде достатньо, —

a supermassive black hole.

надмасивна чорна діра.

It’s counterintuitive to think of black holes as energy sources,

Доволі незвично думати про чорну діру як про потенційне джерело енергії,

but that’s exactly what they are, thanks to their accretion disks:

проте ним вона і є, через акреційні диски —

circular, flat structures formed by matter falling into the event horizon.

круглі, плоскі утворення, сформовані матерією, що потрапляє в горизонт подій.

Because of conservation of angular momentum,

Внаслідок збереження моменту імпульсу

particles there don’t just plummet straight into the black hole.

частинки не просто провалюються безпосередньо в чорну діру,

Instead, they slowly spiral.

а натомість повільно та спірально рухаються вниз.

Due to the intense gravitational field of the black hole,

Через сильне гравітаційне поле чорної діри

these particles convert their potential energy to kinetic energy

ці частинки перетворюють свою потенціальну енергію в кінетичну,

as they inch closer to the event horizon.

повільно наближаючись до горизонту подій.

Particle interactions allow for this kinetic energy

Завдяки взаємодії між частинками кінетична енергія

to be radiated out into space

вивільняється в космос

at an astonishing matter-to-energy efficiency:

з вражаючим, як для енергії, отриманої з матерії, ККД:

6% for non-rotating black holes, and up to 32% for rotating ones.

6% — для необертових чорних дір і до 32% для обертових.

This drastically outshines nuclear fission,

Це в рази перевищує енергоефективність від поділу ядер урану,

currently the most efficient widely available mechanism

що наразі вважається найефективнішим та найрозповсюдженішим

to extract energy from mass.

способом отримання енергії з маси тіла.

Fission converts just 0.08% of a Uranium atom into energy.

Ядерний поділ перетворює лише 0,08% маси атому урану в енергію.

The key to harnessing this power may lie in a structure

Способом приборкати чорну діру може стати споруда,

devised by physicist Freeman Dyson, known as the Dyson sphere.

запропонована фізиком Фріменом Дайсоном, — сфера Дайсона.

In the 1960s, Dyson proposed that an advanced planetary civilization

У 1960–х роках Дайсон припустив, що прогресивна планетарна цивілізація

could engineer an artificial sphere around their main star,

могла б створити штучну оболонку, яка покрила б їхню головну зірку

capturing all of its radiated energy to satisfy their needs.

та збирала б усю випромінювану нею енергію для вдоволення своїх потреб.

A similar, though vastly more complicated design

Схожим чином, хоч і з набагато складнішою конструкцією,

could theoretically be applied to black holes.

цю ідею можна застосувати й до чорних дір.

In order to produce energy, black holes need to be continuously fed—

Щоб виробляти енергію, чорній дірі потрібно постійно "їсти",

so we wouldn’t want to fully cover it with a sphere.

а тому повністю покривати її оболонкою — не варіант.

Even if we did, the plasma jets that shoot from the poles

Навіть якби ми зробили це, потоки плазми, що вириваються з полюсів

of many supermassive black holes

багатьох надмасивних чорних дір

would blow any structure in their way to smithereens.

перетворили б на пил усе, що перебувало б на їхньому шляху.

So instead, we might design a sort of Dyson ring,

Тому натомість ми могли б спроєктувати таке собі кільце Дайсона,

made of massive, remotely controlled collectors.

зроблене з величезних енергоприймачів дистанційного керування.

They’d swarm in an orbit around a black hole,

Їх розмістять у великій кількості по всій орбіті чорної діри

perhaps on the plane of its accretion disk, but farther out.

або, ймовірно, на поверхні її акреційного диска, але загалом на певній відстані.

These devices could use mirror-like panels

Такі пристрої використовували б дзеркальні панелі,

to transmit the collected energy to a powerplant,

щоб передавати зібрану енергію до енергоустановки

or a battery for storage.

чи акумуляторів для подальшого накопичення.

We’d need to ensure that these collectors are built at just the right radius:

Важливо розмістити ці приймачі на потрібній відстані:

too close and they’d melt from the radiated energy.

поставимо занадто близько — випромінювана енергія розплавить їх,

Too far, and they’d only collect a tiny fraction of the available energy

а занадто далеко — зберуть лише дріб'язок з усієї доступної енергії

and might be disrupted by stars orbiting the black hole.

та можуть бути зруйновані зірками, що знаходяться на орбіті діри.

We would likely need several Earths worth of highly reflective material

Знадобиться обсяг надр кількох планет як Земля

для отримання матеріалу з високою відбивною здатністю,

like hematite to construct the full system—

на кшталт гематиту, щоб повністю збудувати споруду,

plus a few more dismantled planets to make a legion of construction robots.

а також ще більше спустошених планет, щоб сконструювати легіон роботів-будівників.

Once built, the Dyson ring would be a technological masterpiece,

Якщо кільце Дайсона колись збудують, це стане технологічним шедевром,

powering a civilization spread across every arm of a galaxy.

з яким ця цивілізація поширюватиме свій вплив на кожнісінький рукав галактики.

This all may seem like wild speculation.

Хоч усе це може здатися лише неприборканою фантазією,

But even now, in our current energy crisis,

навіть зараз, у час енергокризи,

we’re confronted by the limited resources of our planet.

ми як ніколи раніше відчуваємо потребу в додаткових енергоресурсах.

New ways of sustainable energy production will always be needed,

Нові способи отримання невичерпної енергії завжди будуть потрібними,

especially as humanity works towards the survival

особливо, коли людство прагне зберегти життєздатність

and technological progress of our species.

та технологічно розвивати свій вид.

Perhaps there’s already a civilization out there

Можливо, десь там уже існує цивілізація,

that has conquered these astronomical giants.

що підкорила собі цих астрономічних гігантів.

We may even be able to tell

Ми могли б навіть сказати,

by seeing the light from their black hole periodically dim

що світло від чорної діри, яке періодично тьмяніє, —

as pieces of the Dyson ring pass between us and them.

це частина кільця Дайсона, що проходить між нами й ними.

Or maybe these superstructures are fated to remain in the realm of theory.

А може, ці суперспоруди приречені існувати лише в нашій уяві?

Тільки час, і наша наукова винахідливість, покажуть.

Only time— and our scientific ingenuity— will tell.