Ich schreibe eine Science-Fiction, obwohl ich keinen physikalischen Hintergrund habe. Ein Teil meiner Handlung ist:
Auf einer futuristischen Erde, die von einem enormen Energiebedarf und dem Klimawandel bedroht ist, erschafft ein Wissenschaftler eine Quanten-Singularität, um Energie zu erzeugen.
Müll wird in das Quantenschwarze Loch geworfen, das dann in saubere Energie umgewandelt wird, die zur Deckung des weltweiten Strombedarfs verwendet wird.
Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass die Mini-Singularität, sobald sie eine bestimmte, handhabbare Größe erreicht, aufhören würde, sie zu füttern, und sie würde spontan durch Hawking-Strahlung zerfallen.
Aber zum Entsetzen der Welt zerfiel die künstliche Quanten-Singularität nie durch Hawking-Strahlung und stellt nun eine Bedrohung für die ganze Welt dar.
Verstößt diese Handlung gegen Gesetze der Physik oder ist sie auf einer futuristischen Erde mit Zugang zu viel besseren Technologien machbar? Könnten Sie bitte etwas anderes vorschlagen, wenn es Handlungslöcher gibt?
Müll wird in das Quantenschwarze Loch geworfen, das dann in saubere Energie umgewandelt wird, die zur Deckung des weltweiten Strombedarfs verwendet wird.
Ich habe lange darauf gewartet, dieses Bild zu verwenden:
Was meinst du mit "wird dann in saubere Energie umgewandelt"? Wie, glaubst du, passiert das? Das ist das Wunder genau dort. Und erst recht, wenn man dann sagt, dass Hawking-Strahlung nicht existiert.
Ich würde sagen, wenn Ihre zukünftige Menschheit die Elemente der Natur so beherrscht, dass sie Singularitäten erzeugen kann, dann sollte es sehr einfach sein, die Kernfusionskraft zum Laufen zu bringen, da wir dem bereits heute verlockend nahe sind.
Aber wenn Sie das immer noch als Plot-Gerät wollen, würde ich sagen: Schrauben Sie es mit den Gesetzen der Physik zusammen und schwenken Sie es einfach per Hand. Du hast Hawking bereits mit dem Badewasser ausgeschüttet, also kannst du dir frei erfinden, was du willst. :)
Der Müll wird in Gammastrahlung umgewandelt ... das IST Hawking-Strahlung. Und es sollte verkochen, wenn Sie aufhören, es zu füttern. Lassen Sie also Ihren Wissenschaftler entdecken, dass sich die Erde zufällig in einem großen Fleck fast nicht nachweisbarer dunkler Materie befindet, und entdecken Sie dann, dass dunkle Materie eine Singularität genauso gut nährt wie normale Materie. Mit anderen Worten, wir füttern es nicht, aber es wird trotzdem gefüttert.
Problem gelöst, vollständig innerhalb der derzeit bekannten Theorie. Wir wissen, dass dunkle Materie existiert, aber wir wissen nicht, was sie ist, aber sie interagiert durch die Schwerkraft, daher ist es einfach zu theoretisieren, dass sie zu einer Singularität gelangen würde. Es erzeugt vielleicht nicht selbst Gammastrahlen, aber es würde die Singularität vergrößern.
[Bearbeiten] Snyder005 unten bemerkt einige Schwierigkeiten mit dieser Idee. Ich denke immer noch, dass Sie eine ähnliche Lösung wie die von mir vorgeschlagene finden könnten, aber es werden wahrscheinlich mehr physikalische Fragen erforderlich sein, um sie zu lösen. Das ist ein großartiger Übergang zu meinem ursprünglichen Schlussabsatz ...
Und wenn das bei Ihnen nicht funktioniert, müssen Sie die bekannten Gesetze der Physik trotzdem nicht brechen. Sie müssen nur neue Physik vorschlagen. Erstellen Sie eine neue Theorie, die erklärt, warum das Loch nicht verkocht. Das ist Ihre Lizenz als Science-Fiction-Autor. Machen Sie es einfach so konsistent wie möglich mit der heutigen Wissenschaft, damit Sie den Lesern helfen, die Wissenschaft zu erforschen, anstatt sie von ihr wegzuführen. :-)
Die vorherigen Antworten sprachen von Hawking-Strahlung, aber ich schlage vor, dass Sie eine andere Methode zur Erzeugung der Energie verwenden, die als Penrose-Prozess bekannt ist . Dies setzt natürlich voraus, dass Sie bereit sind, die Entwicklung eines solchen Schwarzen Lochs per Hand wegzuwinken, aber ansonsten würde dieser Prozess nicht gegen unsere derzeitigen Gesetze der Physik verstoßen.
Die Methodik
Kurz gesagt, Sie bilden ein rotierendes Schwarzes Loch und werfen Materie darauf. Wenn Sie die Materie genau aufteilen, fällt eine Hälfte in das Schwarze Loch, und die andere Hälfte entkommt, mit mehr Drehimpuls als das Original. Das Ergebnis ist ein Energieentzug aus der entweichenden Hälfte, während sich die Drehung des Schwarzen Lochs verlangsamt und somit den Gesetzen der Physik gehorcht. Energie wird aus dem Spin des Schwarzen Lochs gewonnen.
Irgendwann wird Ihr Schwarzes Loch zu sehr langsamer und Sie können nicht mehr Energie extrahieren. Wie erzeugen Sie ständig Energie? Werfen Sie einfach weiter Materie in Ihr Schwarzes Loch, aber teilen Sie sie nicht und lassen Sie alles in das Schwarze Loch fallen. Dies wird den Drehimpuls erhöhen und den Spin des Schwarzen Lochs erhöhen, wodurch es wieder bereit ist, Energie zu erzeugen!
Wie Sie es zum Laufen bringen können
Nehmen wir in Bezug auf Ihre Geschichte an, Ihr Wissenschaftler hat einen Durchbruch und erschafft ein stabiles rotierendes Schwarzes Loch. Er/Sie beschließt dann, die Energiekrise zu lösen. Nach einigen Berechnungen entscheidet er/sie, ob er/sie Materie mit dem richtigen Einfallswinkel, der richtigen Geschwindigkeit und Menge wirft, er/sie kann den Penrose-Prozess verwenden, um Energie zu extrahieren und gleichzeitig die Hawking-Strahlung auszugleichen. Noch besser, sie werden den gesamten Müll der Welt in das Schwarze Loch werfen und auch die Müllkrise lösen.
Allerdings läuft etwas furchtbar schief, wenn (durch Zufall, Sabotage, Fehlkalkulation) mehr Materie hineingeworfen wird als beabsichtigt und das Wachstum des Schwarzen Lochs seine radioaktive Dissipationsrate übersteigt und es beginnt, unkontrolliert zu wachsen. Zum Beispiel ist der „Fütterungsprozess“ vielleicht automatisiert, indem Sonden verwendet werden, um die Masse und den Spin des Schwarzen Lochs zu überwachen, aber der Spin-Monitor versagt, sodass das Programm denkt, dass sich das Schwarze Loch nicht dreht. Das Programm beginnt dann, das Schwarze Loch zu „füttern“, um es wieder zum Rotieren zu bringen, was unwissentlich zu unkontrolliertem Wachstum führt.
Das große Loch in der Handlung ist, dass niemand ein solches Energieerzeugungssystem bauen würde, ohne vorher zu prüfen, ob Schwarze Löcher wirklich durch Hawking-Strahlung verdampfen. Wieso den? Weil die Hawking-Strahlungsverdunstung ein sehr heftiger Prozess ist und Sie sicherstellen möchten, dass Sie den Prozess des „Abschaltens des Kraftwerks und des Explodierenlassens“ eindämmen können. Sie würden die Dinge also testen, indem Sie zuerst wirklich kleine Mini-Schwarze Löcher irgendwo draußen im Weltraum machen und sie zerfallen lassen. (Und selbst wenn es funktionieren würde, würde niemand ein solches Kraftwerk überhaupt in seiner Nähe haben wollen.)
Es gibt zwei Möglichkeiten, Strom aus einem Schwarzen Loch zu bekommen:
Nehmen Sie ein massives Schwarzes Loch (zu massiv, um in angemessener Zeit zu verdampfen) und werfen Sie Dinge ("Müll") darauf, um eine Akkretionsscheibe zu erzeugen. Ernten Sie das Licht und andere Formen von Strahlung, die von der Akkretionsscheibe kommen.
Erstellen Sie ein sehr kleines Schwarzes Loch und speisen Sie es (sofort beginnend) schnell genug mit Masse ein, um die Hawking-Strahlung auszugleichen und ein empfindliches Gleichgewicht herzustellen, bei dem die Masse des Schwarzen Lochs konstant bleibt. In diesem Fall erhalten Sie eine Kombination aus akkretionsbasierter Energie und Hawking-Strahlung vom Schwarzen Loch selbst.
(Dies würde nur für Schwarze Löcher mit einer Masse von mindestens einigen Millionen Tonnen funktionieren, da die Hawking-Strahlung von einem sehr kleinen Schwarzen Loch wahrscheinlich intensiv genug wäre, um das Zeug wegzudrücken, das Sie hineinzuführen versuchen, und selbst wenn war es nicht, Sie müssten die Masse wahrscheinlich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit einschicken, was nicht möglich ist ... Außerdem nimmt die Hawking-Strahlung zu, wenn das Schwarze Loch kleiner wird, für Schwarze Löcher, die es nicht sind groß genug, um eine Stadt zu zerstören, wenn Sie aufhören, sie zu füttern [siehe unten], ist die vorübergehende Leistungsabgabe enorm, sodass die Prozesse der Speisung des Schwarzen Lochs und der Eindämmung der Leistungsabgabe ziemlich schwierig wären ...)
Was passiert also, wenn Sie aufhören, es zu füttern? Ein Schwarzes Loch mit einer Anfangsmasse von 230.000 kg zerfällt in etwa 1 Sekunde und setzt Energie frei, die 5 Billionen Megatonnen entspricht. Eine Anfangsmasse von 1 kg zerfällt in ca Sekunden und setzt etwa 20 Millionen Megatonnen frei. Ein 1-Milligramm-Schwarzes Loch zerfällt in etwa Sekunden und setzt etwa 20 Megatonnen frei. (Siehe hier für Formeln. Diese sind grob, und korrektere Versionen könnten die Ergebnisse um Faktoren von zehn oder hundert ändern, aber das wird Ihnen nicht helfen.)
Sie können sehen, warum NIMBYs Widerstand gegen ein Mini-Schwarzloch-Kraftwerk ziemlich stark sein könnte.
[Antwort auf den Kommentar:]
Ist es möglich, die Speisung des Schwarzen Lochs zu verlangsamen, anstatt es Tage (oder Jahre vor der geplanten Abschaltung des Kraftwerks?) völlig auszuhungern, damit die Explosion nicht so heftig, sondern allmählich und kontrolliert erfolgt?
Nein, das macht es sogar noch schlimmer.
Das Problem ist, dass das Schwarze Loch, wenn es kleiner wird (indem es Masse-Energie an Hawking-Strahlung verliert), heißer wird und daher mehr strahlt. Wenn es sehr klein ist, strahlt es mit enormer Kraft. Ein 1 kg schweres Schwarzes Loch hätte eine Leistung von Watt – eine Rate von ca Megatonnen pro Sekunde. Und denken Sie daran, dass Sie ihm jede Sekunde mindestens so viel Masse-Energie-Äquivalent zuführen müssten (wenn das überhaupt möglich ist), damit er nicht kleiner und heißer und leuchtender wird.
Wirklich, der sicherste Weg, ein Kraftwerk eines Schwarzen Lochs "abzuschalten", besteht darin, viel Masse hineinzuschieben, so dass die Hawking-Strahlung abnimmt und die Lebensdauer ansteigt. Wenn Sie die Masse auf etwa hundert Milliarden Tonnen oder so erhöhen können, beträgt die Hawking-Strahlung nur etwa 30 Kilowatt und die Lebensdauer etwa 100 Milliarden Jahre, sodass Sie sich um einen anderen armen Bastard (Zivilisation) kümmern können sein letztes Schicksal.
[Bearbeitet, um Berechnungen zu korrigieren und die Frage im Kommentar zu beantworten]
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