Американский физик предложил заправлять звездолёты чёрными дырами

Джефф Ли (Jeff Lee), американский астрофизик, сотрудничающий с некоммерческой исследовательской организацией Icarus Interstellar, всерьёз задумался над тем, как могут быть устроены двигатели будущих космических кораблей, переносящих человека между планетными системами или даже галактиками. Со своим докладом учёный выступил на конгрессе Icarus Interstellar по межзвёздным перелётам.

На сегодняшний день мы ещё очень далеки от межзвёздных перелётов. Пока что даже полёт людей на Марс и возвращение их на Землю представляется непосильной задачей, а ведь Красная планета — ближайшая к нам. Если представить себе космос в масштабе и обозначить расстояние от Земли до Солнца 2,5 сантиметрами, то ближайшая к Солнечной системе звезда Проксима Центавра окажется удалена от Земли на 7 километров.

У самого быстрого объекта из когда-либо созданных человеком, зонда "Вояджер-1", преодоление такого расстояния заняло бы 80 тысяч лет. Чтобы долететь до Проксима Центавры за срок меньше человеческой жизни потребуется более совершенный двигатель, к примеру, термоядерный. Необходимо будет передвигаться со скоростью, составляющей 10% от световой (что в тысячу раз больше, чем у "Вояджера-1"), и тогда до ближайшей звезды можно будет долететь "всего" за 45 лет.

Энергии, о которых идёт речь, пока что кажутся человеку немыслимыми. Каждые полкилограмма звездолёта, передвигающегося со скоростью лишь на 0,1% меньше световой, будет обладать кинетической энергией, втрое превышающей энергию самого мощного рукотворного ядерного взрыва. Впрочем, такие энергии в теории достижимы.

В 1955 году исследователь феномена чёрных дыр и автор этого термина Джон Уилер (John Wheeler) опубликовал интересную научную статью. Уилер ввёл термин Кугельблиц (Kugelblitz), что буквально переводится с немецкого как "шаровая молния", и пояснил его следующим образом: если достаточно чистая энергия может быть сфокусирована в области пространства, то образуется микроскопическая чёрная дыра, которая может быть описана уравнениями Шварцшильда.

Некоторое время спустя всемирно известный космолог Стивен Хокинг (Stephen Hawking) описал квантово-механические эффекты, возникающие на горизонте событий чёрной дыры, и выдвинул теорию о том, что некоторые частицы всё же могут покинуть пределы погибшей звезды. Чем меньше чёрная дыра, тем больше её мощность излучения (поток частиц получил название излучение Хокинга), но короче её жизнь, так как она постепенно "испаряется".

Объединив две работы, Хокинга и Уилера, Ли пришёл к выводу, что корабли для межзвёздных перелётов могут работать благодаря энергии Кугельблица Шварцшильда — миниатюрной чёрной дыры с высокой мощностью излучения. Такой источник энергии должен обладать размерами меньше чем у протона, однако его масса будет эквивалентна массе двух небоскрёбов. Выходная мощность такого Кугельблица составит не менее 129 петаватт, а 1 петаватт — это 10 квадриллионов ватт.

За пять лет функционирования Кугельблица, звездолёт сможет развить скорость, составляющую всего 4% от световой, после чего источник энергии исчерпает себя. Поэтому эта идея требует дополнения.

По словам Ли, конструкция звездолёта будущего должна предусматривать ещё один элемент — миниатюрную сферу Дайсона. Этот пока что сугубо гипотетический проект, предложенный в 1960 году физиком Фрименом Дайсоном (Freeman Dyson), подразумевает постройку вокруг звезды сферы радиусом в одну астрономическую единицу (среднее расстояние от Земли до Солнца) для получения практически неисчерпаемого запаса энергии излучения.

Считается, что развитая цивилизация уже давно должна была построить такую "шапку" вокруг своей звезды, а значит, по необычному тепловому излучению от пойманных звёзд можно искать братьев по разуму.

Сфера Дайсона для Кугельблица в звездолёте должна быть значительно меньше. Тем не менее, при конструировании необходимо всё тщательно рассчитать. Если сферу изготовить, к примеру, из титана, то поглощённая энергия от гамма-лучей Кугельблица, расплавит металл, удалённый на 30 километров от объекта излучения. Но если расширить сферу до 33 километров, то плавления не произойдёт.

Толщина и диаметр сферы должны быть оптимизированы для максимального ускорения. Большая толщина и большой диаметр увеличат количество поглощённого излучения, но замедлят звездолёт из-за слишком большой массы конструкции. А если поставить "крышку" слишком далеко, то она поглотит слишком мало излучения и даст мало тяги.

Ли предлагает не только писателям-фантастам, но и учёным и инженерам задуматься над этой идеей, и начать работу над созданием Кугельблица и сферы для него. Возможно, именно эта идея приведёт к тому, что в ближайшем будущем люди смогут отправиться в межзвёздное путешествие.