A algunos futurólogos y escritores de ciencia ficción, lejos de la fisiología, les gusta soñar que en el futuro las personas tendrán un cerebro tan grande. Pero hay un problema: el cerebro humano es el principal consumidor de energía en el cuerpo. Y con su tamaño actual, ya requiere cuánto. Entonces nuestros descendientes no tendrán cerebros grandes, simplemente no los alimentarán. Un problema similar surge antes de cualquier civilización que haya alcanzado un cierto nivel de desarrollo técnico. El progreso adicional requiere más y más energía, y las fuentes disponibles apenas cubren las necesidades o no pueden proporcionar la cantidad requerida de vatios, ni siquiera la energía nuclear, y en el futuro termonuclear. Además, en general se acepta que es común que todas las civilizaciones expandan su espacio vital, lo que significa que necesitarán energía no solo en el planeta de origen.
¿Qué fuentes de energía pueden tener las civilizaciones en una etapa de desarrollo mucho más alta que la nuestra? Debajo del corte, una descripción de tres conceptos interesantes: la esfera Dyson, un motor estelar y una "bomba de agujero negro".
Orbe Dyson
Comencemos con el concepto más famoso - y el más ambicioso
utópico - de estos tres.
La idea es utilizar la estrella misma como fuente de energía. Por ejemplo, nuestro Sol (enana amarilla) emite 3,828⋅10
26 W de energía. Esto equivale a 4,74⋅10
18 ojivas explosivas de 250 Kt cada una. Overdrive
En 1937, se publicó la novela de ciencia ficción "Star Creator" de Olaf Stapledon, de la cual el físico teórico Freeman Dyson derivó y
popularizó la idea de una megaestructura: una esfera que cubre completamente una estrella a una distancia de la órbita planetaria para absorber y usar toda la energía radiada. Esto cubriría con creces las necesidades de una civilización poderosa con una población multimillonaria.
Sin embargo, la idea de la esfera de Dyson tenía y hay muchos críticos que dan argumentos justos a favor de la irrealización técnica y la falta de sentido lógico y social de tal megaestructura.
En primer lugar, para crear dicha estructura, será necesario calizar un planeta entero para construir materiales.
En segundo lugar, la construcción de la esfera implica la creación de enormes capacidades de producción y vehículos de entrega, sin mencionar las fuentes de energía para esto.
En tercer lugar, cualquier estructura rígida (esférica, cúbica, lo que sea) será inevitablemente destruida por numerosos asteroides y cometas o aceleración centrípeta: la esfera de Dyson debe girar para compensar la atracción gravitacional de la estrella.
Como alternativa a una sola megaestructura rígida, puede usar un enjambre de miles de millones de satélites baratos con espejos que reflejan la luz solar en receptores colectores que la convertirán en electricidad. Quizás la eficiencia del sistema no sea tan alta como la de un diseño monolítico, pero la complejidad de la ingeniería de crear un enjambre es mucho menor. Digamos, rico en minerales y metales, el mercurio puede convertirse en una fuente de materiales, ya que la baja gravedad, una atmósfera muy enrarecida y la proximidad al Sol lo convierten en un campo de vuelo ideal. El montaje de los espejos satelitales se puede organizar en el espacio, enviándolos a órbitas a medida que estén disponibles.
¿Dónde obtener energía para tan enormes volúmenes de producción y producción? Solo hay una salida: usar la misma energía del Sol, ya que hay mucha en Mercurio. El proceso de extracción, procesamiento y producción debe ser lo más automatizado posible. Los primeros satélites pueden lanzarse en órbita alrededor de Mercurio para que aumenten la producción de energía y ayuden a aumentar la productividad.
Incluso si se utiliza un enjambre de espejos satelitales, es posible recolectar al menos el 1% de la energía radiada del Sol, esta cantidad no es suficiente para que dejemos de desperdiciar materiales fósiles para la producción de energía, pero nos permitirá implementar proyectos de mayor escala que el enjambre mismo, por ejemplo creando transporte interestelar.
Bomba de agujero negro
Los agujeros negros pueden llamarse, con razón, los mayores acumuladores de energía del Universo. Es cierto que hoy es imposible obtener esta energía, ya que un agujero negro no es solo una batería, sino una aspiradora que absorbe todo a su alrededor. Y, sin embargo, existe la idea de crear una megaestructura que, en teoría, permita extraer volúmenes gigantes de energía de un agujero negro. El matiz es que debido a esta megaconstrucción, el BH se convierte en una bomba de tremendo poder, que puede explotar si ocurre un error.
Algunos agujeros negros no son estáticos, sino que giran alrededor de su eje. Algunos incluso con una frecuencia de millones de revoluciones por segundo. La física moderna dice que en el centro de cualquier agujero negro hay una singularidad gravitacional: un punto infinitamente pequeño con superficie cero, en el que se concentra toda la masa del objeto.
En el caso de un agujero negro giratorio, la singularidad también gira: en lugar de una singularidad de punto, estamos hablando de una singularidad en forma de anillo, con espesor cero y área de superficie.
El campo gravitacional de la estrella negra es tan grande que distorsiona el espacio-tiempo circundante, y la rotación crea perturbaciones adicionales. Surge la llamada ergosfera, una región elíptica alrededor de un agujero negro entre el horizonte de eventos y el límite de la estática. Todos los objetos que caen en la ergosfera comienzan a rotar inevitablemente con el agujero negro. Además, dentro de la ergosfera, ya se están produciendo distorsiones parciales del espacio-tiempo.
Con la ayuda de la rotación, un agujero negro transfiere su energía cinética a todos los objetos que caen en la ergosfera. Y es precisamente en esto que se basa la idea de extraer energía, cuyo volumen puede ser muchos órdenes de magnitud mayor que los volúmenes tomados de una estrella por un enjambre de espejos satelitales.
Los procesos dinámicos dentro de la ergosfera se pueden representar como un remolino que ocurre alrededor del orificio de drenaje. La rotación de la ergosfera también conduce a la rotación de la magnetosfera alrededor del agujero negro. Por lo tanto, cualquier objeto o partícula, una vez en la ergosfera, recibirá una gran aceleración. Y puede ser tan grande que ayudará ... a volar fuera de la ergosfera, además, con una energía cinética mucho mayor que si entrara. Una especie de efecto honda.
Imagine que alguna civilización altamente desarrollada ha encontrado un agujero negro que gira rápidamente y ha construido alrededor de él una cáscara esférica de espejos que mira hacia adentro. El caparazón es continuo, como la esfera canónica de Dyson. Afortunadamente, los agujeros negros son mucho más pequeños que las estrellas, por lo que construir un caparazón es incomparablemente más fácil. Ahora abre el agujero y lanza el haz de ondas electromagnéticas en su interior. Estas ondas reciben aceleración con la ayuda de la ergosfera y salen volando, se reflejan desde el espejo, regresan a la ergosfera, aceleran aún más, vuelven a volar, se reflejan, regresan, se aceleran, etc. (parte de las ondas se perderán debido a la caída) horizonte de eventos). Cada golpe de radiación en la ergosfera conduce a su amplificación exponencial. Este es el llamado efecto de
dispersión de superradiación, predicho por primera vez por el físico soviético Yakov Zeldovich.
Si en algún momento abrimos una parte del caparazón alrededor de una estrella negra, inmediatamente recibiremos un poderoso rayo de energía saliente. Lanzaron una porción de energía al interior y recuperaron muchas veces más. Para aquellos que recuerdan la ley inquebrantable de conservación de energía y perpetuum mobile, inmediatamente respondemos que no hay milagro aquí: la amplificación de las ondas en la ergosfera ralentiza la rotación de un agujero negro.
Teóricamente, tal megaestructura es capaz de convertirse para sus creadores en una fuente de energía prácticamente inagotable.
¿Qué tiene que ver la bomba con ella?
Si no libera energía del caparazón a tiempo, explotará tarde o temprano. Un agujero negro supermasivo puede expulsar de sí mismo tanta energía como se libera durante una explosión de supernova.
Motor estrella
Las estrellas no se quedan quietas, giran en torno a los centros de sus galaxias, en el camino experimentan la influencia gravitacional de cada una. Y aunque no nos damos cuenta de esto, las estrellas, junto con sus planetas, corren en el vacío a velocidades gigantescas, volando miles de kilómetros en un segundo.
Viajando por el centro de la galaxia, los sistemas estelares pueden meterse en problemas. Por ejemplo, vuela cerca de la supernova explosiva. O zonas cruzadas llenas de asteroides. O incluso caer en el cautiverio gravitacional de alguna gran estrella. Sin embargo, incluso si los astrónomos pueden predecir un encuentro desagradable que ocurrirá en un millón de años, ¿qué debemos hacer?
Cualquier persona sensata dirá: "Quítate la mierda de la cabeza y disfruta de tu corta vida". Con razón, porque nadie sabe lo que le sucederá a la humanidad en un millón de años, y ciertamente no podemos hacer nada con el movimiento de nuestra estrella.
Sin embargo, si nos convertimos en una civilización mucho más desarrollada, capaz de construir algo comparable a la esfera de Dyson, entonces nuestros descendientes pueden tener una actitud diferente a esto. Por ejemplo, querrán cambiar la trayectoria del sistema solar para dirigirlo a lo largo de una ruta más favorable. Es decir, construirán un motor estelar que, debido a la energía irradiada por la estrella, corregirá su vector de vuelo.
La opción más simple es el motor Shkadov. De hecho, es una vela solar parabólica, construida al lado del Sol. La vela reflejará los fotones irradiados por la estrella, creando un empuje reactivo, comenzará a cambiar la ruta de vuelo. Y para que la antorcha no queme los planetas que la atraviesan, por ejemplo, la Tierra, el reflector debe colocarse fuera de los planos de sus órbitas. En el caso del sistema solar, esto significa que el vector de movimiento del sol se dirigirá para que la estrella abandone gradualmente la Vía Láctea.
En teoría, la atracción gravitacional debe compensarse con la presión de radiación, lo que significa que el reflector debe ser muy ligero, es decir, delgado, de un grosor de micras. Se necesita una forma parabólica para recoger los fotones reflejados en una antorcha direccional, de lo contrario, el empuje reactivo no será suficiente para cambiar la trayectoria de la estrella, la fuerza de empuje de dicho motor ya es baja. Casi homeopático
Por lo tanto, este verano, el profesor Matthew Kaplan propuso la idea de un diseño diferente de un motor estelar. Este trabajo fue publicado en la revista científica revisada por pares Acta Astranautica:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0094576519312457 (
pdf ).
A diferencia del motor pasivo de Shkadov, el motor Kaplan es un verdadero motor termonuclear activo gigantesco.
La velocidad de la corriente en chorro debe ser aproximadamente el 1% de la velocidad de la luz. Y el segundo rayo debe dirigirse en la dirección opuesta, empujando el sol mismo. ¿Qué alimentar a tal "turbocompresor"? Según el autor, la solución a este problema consta de dos partes.
En primer lugar, el motor puede absorber hidrógeno y helio emitidos por el Sol en forma de "viento solar" utilizando un potente campo electromagnético. Sin embargo, este volumen de sustancia no es suficiente para que el motor funcione. Por lo tanto, utilizando el enjambre de espejos satelitales descritos anteriormente, es posible enfocar la luz solar reflejada en un punto en la superficie de la estrella directamente opuesta al motor, lo que conducirá a un sobrecalentamiento local y la expulsión de miles de millones de toneladas de materia solar. Esto no daña a la estrella, es lo suficientemente grande.
La sustancia expulsada también puede recogerse y separarse en helio e hidrógeno, de modo que haya algo para alimentar el motor de estrella termonuclear colosalmente glotón. El "rayo contrario", que no permite que el motor choque contra el Sol, es una corriente de hidrógeno que se expulsa a alta velocidad gracias a un acelerador electromagnético.
A modo de comparación, el motor Shkadov es capaz de cambiar el Sol por 100 años luz en 320 millones de años, y el motor Kaplan en menos de 2 millones de años. Esto ya puede alejar a nuestro hogar de la supernova. Si lo desea, de esta manera puede viajar entre las estrellas, reduciendo el rango de vuelos en barcos y colonizando la galaxia. O incluso pasar a, por ejemplo, Andrómeda: en 10 millones de años, un motor puede eliminar el sistema solar de nuestra galaxia.
Como comprenderán, una megaestructura como un motor estelar es la gran cantidad de civilizaciones, en las que el horizonte de planificación se mide por épocas enteras. Sin embargo, como es el caso con los dos edificios anteriores.