Beberapa futurolog dan penulis fiksi ilmiah, jauh dari fisiologi, suka bermimpi bahwa di masa depan orang akan memiliki otak sebesar itu. Tetapi ada satu masalah: otak manusia adalah konsumen utama energi dalam tubuh. Dan dengan ukurannya saat ini, sudah membutuhkan berapa banyak. Jadi keturunan kita tidak akan memiliki otak besar, mereka tidak akan memberi mereka makan. Masalah serupa muncul sebelum peradaban yang telah mencapai tingkat perkembangan teknis tertentu. Kemajuan lebih lanjut membutuhkan lebih banyak dan lebih banyak energi, dan sumber-sumber yang tersedia sulit memenuhi kebutuhan atau tidak mampu menyediakan jumlah watt yang diperlukan sama sekali - bahkan energi nuklir, dan di masa depan termonuklir. Selain itu, secara umum diterima bahwa semua peradaban adalah umum untuk memperluas ruang hidup mereka, yang berarti bahwa mereka akan membutuhkan energi tidak hanya di planet asal.
Sumber energi apa yang dapat dimiliki peradaban pada tingkat perkembangan yang jauh lebih tinggi daripada kita? Di bawah potongan - deskripsi tiga konsep menarik: bola Dyson, mesin bintang dan "bom lubang hitam".
Dyson Orb
Mari kita mulai dengan konsep ambisius yang paling terkenal - dan paling
utopis - dari ketiganya.
Idenya adalah menggunakan bintang itu sendiri sebagai sumber energi. Misalnya, Matahari kita (katai kuning) memancarkan energi 3.828⋅10
26 W. Ini setara dengan 4,74-10 hulu ledak ledak masing-masing 250 Kt. Overdrive.
Pada tahun 1937, novel fiksi ilmiah "Star Creator" oleh Olaf Stapledon diterbitkan, dari mana ahli fisika teoretis Freeman Dyson memperoleh dan
mempopulerkan gagasan tentang megastruktur - sebuah bola yang sepenuhnya menutupi bintang pada jarak orbit planet untuk menyerap dan menggunakan semua energi yang dipancarkan. Ini akan lebih dari menutupi kebutuhan peradaban yang kuat dengan populasi multi-triliun.
Namun, gagasan tentang lingkungan Dyson telah dan ada banyak kritik yang memberikan argumen yang adil dalam mendukung teknis tidak dapat direalisasikan dan tidak memiliki arti logis dan sosial dari megastruktur tersebut.
Pertama, untuk membuat struktur seperti itu, akan diperlukan untuk membasahi seluruh planet untuk bahan bangunan.
Kedua, pembangunan bola melibatkan penciptaan kapasitas produksi yang besar dan kendaraan pengiriman, belum lagi sumber energi untuk ini.
Ketiga, setiap struktur kaku (bola, kubik, apa pun) pasti akan dihancurkan oleh banyak asteroid dan komet atau percepatan sentripetal - bola Dyson harus berputar untuk mengimbangi gaya tarik gravitasi bintang.
Sebagai alternatif untuk megastruktur kaku tunggal, Anda dapat menggunakan segerombolan quadrillion satelit murah dengan cermin yang memantulkan sinar matahari ke penerima kolektor yang akan mengubahnya menjadi listrik. Mungkin efisiensi sistem tidak akan setinggi yang dari desain monolitik, tetapi kompleksitas teknik menciptakan segerombolan adalah banyak urutan besarnya lebih rendah. Katakanlah, kaya mineral dan logam, Merkuri dapat diubah menjadi sumber bahan, karena gravitasi rendah, atmosfer yang sangat langka dan kedekatannya dengan Matahari menjadikannya ladang terbang yang ideal. Perakitan cermin satelit dapat diatur dalam ruang, mengirimkannya ke orbit saat tersedia.
Di mana mendapatkan energi untuk volume produksi dan produksi yang sangat besar? Hanya ada satu jalan keluar: menggunakan semua energi Matahari yang sama, karena ada banyak energi di Merkurius. Proses ekstraksi, pemrosesan dan produksi harus diotomatiskan sebanyak mungkin. Satelit pertama dapat diluncurkan ke orbit di sekitar Merkurius sehingga dapat meningkatkan produksi energi dan membantu meningkatkan produktivitas.
Sekalipun menggunakan segerombolan cermin satelit seperti itu, adalah mungkin untuk mengumpulkan setidaknya 1% dari energi radiasi Matahari, jumlah ini tidak cukup bagi kita untuk berhenti membuang-buang bahan fosil untuk produksi energi, tetapi itu akan memungkinkan kita untuk mengimplementasikan proyek-proyek yang lebih besar dalam skalanya daripada kawanan itu sendiri - misalnya menciptakan transportasi antarbintang.
Bom lubang hitam
Lubang hitam dapat dengan tepat disebut akumulator energi terbesar di Semesta. Benar, hari ini tidak mungkin untuk mendapatkan energi ini, karena lubang hitam bukan hanya baterai, tetapi penyedot debu yang menyerap semua yang ada di sekitarnya. Namun ada ide untuk menciptakan mega-struktur, yang, secara teori, akan memungkinkan untuk mengekstraksi volume energi raksasa dari lubang hitam. Nuansanya adalah karena mega-konstruksi ini, BH berubah menjadi bom dengan kekuatan luar biasa, yang dapat meledak jika terjadi kesalahan.
Beberapa lubang hitam tidak statis, tetapi putar di sekitar sumbunya. Beberapa bahkan dengan frekuensi jutaan revolusi per detik. Fisika modern mengatakan bahwa di pusat setiap lubang hitam adalah singularitas gravitasi - titik kecil yang tak terhingga dengan permukaan nol, di mana seluruh massa benda terkonsentrasi.
Dalam kasus lubang hitam yang berputar, singularitas juga berputar - alih-alih singularitas titik, kita berbicara tentang singularitas berbentuk cincin, dengan ketebalan nol dan luas permukaan.
Medan gravitasi bintang hitam sangat besar sehingga mendistorsi ruang-waktu di sekitarnya, dan rotasi menciptakan gangguan tambahan. Yang disebut ergosphere muncul - sebuah daerah elips di sekitar lubang hitam antara horizon peristiwa dan batas statis. Semua benda yang jatuh ke dalam ergosfer mulai berputar dengan lubang hitam. Selain itu, dalam ergosphere, distorsi parsial ruang-waktu sudah terjadi.
Dengan bantuan rotasi, lubang hitam mentransfer energi kinetiknya ke semua benda yang jatuh ke ergosfer. Dan tepat pada inilah ide untuk mengekstraksi energi didasarkan, volume yang dapat banyak urutan besarnya lebih besar dari volume yang diambil dari bintang oleh segerombolan cermin satelit.
Proses dinamis dalam ergosphere dapat direpresentasikan sebagai pusaran air yang terjadi di sekitar lubang pembuangan. Rotasi ergosfer juga mengarah pada rotasi magnetosfer di sekitar lubang hitam. Oleh karena itu, benda atau partikel apa pun, begitu berada di ergosfer, akan menerima percepatan besar. Dan itu bisa sangat besar sehingga akan membantu ... terbang keluar dari ergosfer, apalagi, dengan energi kinetik yang jauh lebih besar daripada jika ia masuk ke dalam. Semacam efek sling.
Bayangkan bahwa beberapa peradaban yang sangat maju telah menemukan lubang hitam yang berputar dengan cepat dan membangun di sekelilingnya sebuah cermin bundar menghadap ke dalam. Shell itu kontinu, seperti bola kanonik Dyson. Untungnya, lubang hitam jauh lebih kecil dari bintang, jadi membangun shell jauh lebih mudah. Sekarang buka lubang di dalamnya dan luncurkan berkas gelombang elektromagnetik di dalamnya. Gelombang-gelombang ini menerima percepatan menggunakan ergosphere dan terbang keluar, dipantulkan dari cermin, kembali ke ergosfer, mempercepat lebih banyak, sekali lagi terbang keluar, dipantulkan, kembali, dipercepat, dll. (Beberapa bagian dari gelombang akan hilang karena jatuh di atas event horizon). Setiap pukulan radiasi ke dalam ergosphere mengarah ke amplifikasi eksponensial. Ini adalah apa yang disebut efek
hamburan radiasi super, pertama kali diprediksi oleh fisikawan Soviet Yakov Zeldovich.
Jika suatu saat kita membuka sebagian kulit di sekitar bintang hitam, maka kita akan segera menerima pancaran energi keluar yang kuat. Mereka melemparkan sebagian energi ke dalam, dan mendapat kembali berkali-kali lebih banyak. Bagi mereka yang mengingat hukum konservasi energi dan ponsel yang tak tergoyahkan, kami segera menjawab bahwa tidak ada keajaiban di sini: amplifikasi gelombang di ergosfer memperlambat rotasi lubang hitam.
Secara teoritis, megastruktur semacam itu mampu menjadi sumber energi bagi penciptanya yang secara praktis tidak pernah habis.
Apa hubungan bom itu dengan bom itu?
Jika Anda tidak melepaskan energi dari shell tepat waktu, itu akan meledak cepat atau lambat. Lubang hitam supermasif dapat mengeluarkan energi sebanyak yang dilepaskan selama ledakan supernova.
Mesin bintang
Bintang-bintang tidak berdiri diam, mereka berputar di sekitar pusat galaksi mereka, dalam perjalanan mengalami pengaruh gravitasi satu sama lain. Dan meskipun kita tidak memperhatikan hal ini, bintang-bintang, bersama dengan planet mereka, berlomba dalam kehampaan dengan kecepatan raksasa, terbang ribuan kilometer dalam sedetik.
Bepergian di sekitar pusat galaksi, sistem bintang bisa mendapat masalah. Misalnya, terbang di dekat supernova yang meledak. Atau lintas zona diisi dengan asteroid. Atau bahkan jatuh ke dalam penahanan gravitasi bintang besar. Namun, bahkan jika para astronom dapat memprediksi pertemuan yang tidak menyenangkan yang akan terjadi dalam sejuta tahun, lalu apa yang harus kita lakukan?
Siapa pun yang waras akan berkata: "Keluarkan omong kosong itu dari kepalamu dan nikmati hidupmu yang singkat." Cukup benar, karena tidak ada yang tahu apa yang akan terjadi pada umat manusia dalam sejuta tahun, dan kita tentu tidak dapat melakukan apa pun dengan pergerakan bintang kita.
Namun, jika kita menjadi peradaban yang jauh lebih maju - mampu membangun sesuatu yang sebanding dengan lingkungan Dyson, maka keturunan kita mungkin memiliki sikap yang berbeda dengan ini. Misalnya, mereka ingin mengubah lintasan tata surya untuk mengarahkannya ke rute yang lebih menguntungkan. Artinya, mereka akan membangun mesin bintang yang, karena energi yang dipancarkan bintang, akan mengoreksi vektor penerbangannya.
Opsi paling sederhana adalah mesin Shkadov. Bahkan, itu adalah layar matahari parabola, yang dibangun di sebelah Matahari. Layar akan mencerminkan foton yang dipancarkan oleh bintang, menciptakan daya dorong reaktif, akan mulai mengubah jalur penerbangan. Dan agar obor tidak membakar planet yang melewatinya, misalnya Bumi, reflektor harus ditempatkan di luar bidang orbitnya. Dalam kasus tata surya, ini berarti bahwa vektor gerak matahari akan diarahkan sehingga bintang tersebut secara bertahap meninggalkan Bimasakti.
Secara teori, gaya tarik gravitasi harus dikompensasi oleh tekanan radiasi, yang berarti bahwa reflektor harus sangat ringan, yaitu tebal mikron tipis. Bentuk parabola diperlukan untuk mengumpulkan foton yang dipantulkan dalam obor terarah, jika tidak daya dorong reaktif tidak akan cukup untuk mengubah lintasan bintang, gaya dorong mesin semacam itu sudah rendah. Hampir homeopati.
Oleh karena itu, musim panas ini, Profesor Matthew Kaplan mengusulkan ide desain yang berbeda dari mesin bintang. Karya ini diterbitkan dalam jurnal ilmiah peer-review Acta Astranautica:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0094576519312457 (
pdf ).
Tidak seperti mesin Shkadov pasif, mesin Kaplan adalah mesin termonuklir aktif raksasa yang nyata.
Kecepatan aliran jet harus sekitar 1% dari kecepatan cahaya. Dan sinar kedua harus diarahkan ke arah yang berlawanan, mendorong matahari itu sendiri. Apa yang harus diberi makan "turbocharger"? Menurut penulis, solusi untuk masalah ini terdiri dari dua bagian.
Pertama, mesin dapat menyerap hidrogen dan helium yang dipancarkan oleh Matahari dalam bentuk "angin matahari" menggunakan medan elektromagnetik yang kuat. Namun, volume zat ini tidak cukup untuk mesin bekerja. Oleh karena itu, dengan menggunakan segerombolan cermin satelit yang dijelaskan di atas, adalah mungkin untuk memfokuskan sinar matahari yang dipantulkan pada titik di permukaan bintang yang berhadapan langsung dengan mesin, yang akan mengarah pada pemanasan lokal dan pengeluaran miliaran ton materi matahari. Ini tidak membahayakan bintang, itu cukup besar.
Zat terlontar juga dapat dikumpulkan dan dipisahkan menjadi helium dan hidrogen, sehingga ada sesuatu untuk memberi makan mesin bintang termonuklir glutton yang sangat besar. "Balok balik", yang tidak memungkinkan mesin menabrak Matahari, adalah aliran hidrogen yang dikeluarkan dengan kecepatan tinggi berkat akselerator elektromagnetik.
Sebagai perbandingan, mesin Shkadov mampu menggeser Matahari 100 tahun cahaya dalam 320 juta tahun, dan mesin Kaplan dalam waktu kurang dari 2 juta tahun. Ini sudah bisa membawa kita jauh dari supernova. Jika diinginkan, dengan cara ini Anda dapat melakukan perjalanan antar bintang, mengurangi rentang penerbangan di kapal dan menjajah galaksi. Atau bahkan pindah ke, katakanlah, Andromeda: dalam 10 juta tahun, sebuah mesin mampu menghapus tata surya dari galaksi kita.
Seperti yang Anda pahami, megastruktur seperti mesin bintang adalah banyak peradaban, di mana cakrawala perencanaan diukur oleh seluruh era. Namun, seperti halnya dengan dua bangunan sebelumnya.