Сингулярный реактор

Сингулярный реактор (коллапсарный реактор) — гипотетический источник энергии, где в качестве рабочего тела используются микроскопические чёрные дыры (коллапсары). Принцип работы такого реактора состоит в использовании энергии, выделяющейся при испарении чёрной дыры. Также он может быть использован как реактивный двигатель.

Рассматривается два вида сингулярных реакторов:

• взрывного действия — производит отдельные чёрные дыры
• непрерывного действия — чёрная дыра постоянно подпитывается веществом.

Теория черных дыр, необходимая в данном случае

Представления о чёрной дыре как об абсолютно поглощающем объекте были скорректированы Старобинским и Зельдовичем в 1974 году — для вращающихся чёрных дыр, а затем, в общем случае, С. Хокингом в 1975 году. Изучая поведение квантовых полей вблизи чёрной дыры, Хокинг предсказал, что чёрная дыра обязательно излучает частицы во внешнее пространство и тем самым теряет массу. Этот эффект называется излучением (испарением) Хокинга. Упрощённо говоря, гравитационное поле поляризует вакуум, в результате чего возможно образование не только виртуальных, но и реальных пар частица-античастица. Одна из частиц, оказавшаяся чуть ниже горизонта событий, падает внутрь чёрной дыры, а другая, оказавшаяся чуть выше горизонта, улетает, унося энергию (то есть часть массы) чёрной дыры. Мощность излучения чёрной дыры равна

<math>L=\frac{\hbar c^6}{15360\pi G^2M^2}</math>,

а потеря массы

<math>\frac{dM}{dt}=-\frac{\hbar c^4}{15360\pi G^2M^2}</math>.

Состав излучения зависит от размера чёрной дыры: для больших чёрных дыр это в основном безмассовые фотоны и лёгкие нейтрино, а в спектре лёгких чёрных дыр начинают присутствовать и тяжёлые частицы. Спектр хокинговского излучения для безмассовых полей оказался строго совпадающим с излучением абсолютно чёрного тела, что позволило приписать чёрной дыре температуру

<math>T_H=\frac{\hbar c^3}{8\pi kGM}</math>,

где ħ — редуцированная постоянная Планка, c — скорость света, k — постоянная Больцмана, G — гравитационная постоянная, M — масса чёрной дыры.

На этой основе была построена термодинамика чёрных дыр, в том числе введено ключевое понятие энтропии чёрной дыры, которая оказалась пропорциональна площади её горизонта событий:

<math>S = \frac{Akc^3}{4\hbar G}</math>,

где <math>A</math> — площадь горизонта событий.

Скорость испарения чёрной дыры тем больше, чем меньше её размеры. Испарением чёрных дыр звёздных (и тем более галактических) масштабов можно пренебречь, однако для первичных и в особенности для квантовых чёрных дыр процессы испарения становятся центральными.

За счёт испарения все чёрные дыры теряют массу и время их жизни оказывается конечным:

<math>\tau=\frac{5120\pi G^2M^3}{\hbar c^4}</math>.

При этом интенсивность испарения нарастает лавинообразно, и заключительный этап эволюции носит характер взрыва, например, чёрная дыра массой 1000 тонн испарится за время порядка 84 секунды, выделив энергию, равную взрыву примерно десяти миллионов атомных бомб средней мощности.

В то же время большие чёрные дыры, температура которых ниже температуры реликтового излучения Вселенной (2,7 К), на современном этапе развития Вселенной могут только расти, так как испускаемое ими излучение имеет меньшую энергию, чем поглощаемое. Данный процесс продлится до тех пор, пока фотонный газ реликтового излучения не остынет в результате расширения Вселенной.

Без квантовой теории гравитации невозможно описать заключительный этап испарения, когда чёрные дыры становятся микроскопическими (квантовыми).

Питание чёрных дыр

К:Википедия:Статьи без источников (тип: не указан)

Важнейшей проблемой для работающего двигателя на чёрной дыре является питание её внешним веществом, так как излучение Хокинга будет тормозить и отбрасывать любое вещество, пытающееся проникнуть в чёрную дыру.

Для вычисления давления света при нормальном падении излучения и отсутствии рассеяния можно воспользоваться следующей формулой:

<math>p = \frac{I}{c} (1 - k + \rho),</math>

где <math>I</math> — интенсивность падающего излучения; <math>c</math> — скорость света, <math>k</math> — коэффициент пропускания, <math>\rho</math> — коэффициент отражения.

Здесь

<math>I=\frac{L}{\pi R^2}</math>,

R -- текущее положение вбрасываемого вещества относительно МЧД (здесь и далее - малая чёрная дыра).

Балансовое уравнение МЧД-корабля

К:Википедия:Статьи без источников (тип: не указан)

Масса звездолёта на малых чёрных дырах:

<math>M = Ms + Md + Mk </math> здесь

M — полная масса корабля Ms — масса малой чёрной дыры корабля Md — масса двигательной установки корабля Mk — масса полезной нагрузки

Ls — Мощность излучения чёрной дыры равна <math>Ls=\frac{\hbar c^6}{15360\pi G^2 Ms ^2},</math>

А расход массы МЧД

<math>\frac{d Ms }{dt}=-\frac{\mu v \hbar c^4}{15360\pi G^2 Ms ^2}</math>

a -Ускорение подобного корабля в случае чистого излучения:

<math>a = \frac{\mu u Ls }{M c}</math>

У чёрной дыры температура

<math>T_H=\frac{\hbar c^3}{8\pi k G Ms}</math>

где <math>\hbar</math> — редуцированная постоянная Планка, c — скорость света, k — постоянная Больцмана, G — гравитационная постоянная.

В этих формулах учтены коэффициенты полезного действия системы:

<math>\mu v</math> — сколько вещества удаётся протолкнуть в МЧД для её поддержания в равновесии.
<math>\mu u</math> — сколько из получаемой энергии удается направить в ускорители, а сколько уйдёт в радиаторы.

И теперь балансовое уравнение. Оно связывает массы и ускорение:

<math>Kss= Ms^2 (Ms + Md + Mk)a </math> 
<math>Kss=\frac{\hbar c^5}{15360\pi G^2}</math>, 

Величина Kss равна 1,19*10²⁴ кг³м/с²

Двигатель на чёрной дыре в фантастике

Концепция сингулярных реакторов возникла в научной фантастике после появления теории Хокинга. Они рассматриваются как альтернатива аннигиляционным реакторам и реакторам искусственного распада протонов, поскольку эффект Хокинга можно рассматривать как способ превращения материи в энергию, альтернативный аннигиляции. Несмотря на то, что такой реактор, в отличие от большинства фантастических источников энергии, имеет научное обоснование, многие технические аспекты реализации такого устройства совершенно непонятны, в первую очередь — способ производства и удержания чёрных дыр.

Сингулярный реактор или двигатель в том или ином виде встречается в различных произведениях научной фантастики и играх:

• Sid Meier’s Alpha Centauri
• Вавилон 5
• Звёздные войны — «Singularity reactor»
• X3 — «Singularity Engine Time Accelerator»
• Total Annihilation: Spring
• Космические рейнджеры 2
• Звёздные врата: SG-1 (и дочерние сериалы)
• Звёздный путь - сингулярные реакторы использовали ромуляне.
• Space Station 13 - в большинстве версий игры сингулярный двигатель является основным источником энергии для станции и, вероятно, используется для корректировки орбиты.
• Сквозь горизонт

Литература

• L. Crane, S. Westmoreland [arxiv.org/abs/0908.1803v1 Are Black Hole Starships Possible] (англ.). — 2009.

• L. Crane [arxiv.org/abs/hep-th/9402104 Possible Implications of the Quantum Theory of Gravity] (англ.). — 1994.

• Болонкин А.А.. [www.scribd.com/doc/45901918/%D0%9F%D1%80%D0%B5%D0%B2%D1%80%D0%B0%D1%89%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5-%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B8-%D0%B2-%D1%8F%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%83%D1%8E-%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8E-%D0%90%D0%91-%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%BC-%D0%B8-%D1%84%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5-%D1%80%D0%B0%D0%BA%D0%B5%D1%82%D1%8B# Превращение материи в ядерную энергию АБ-генератором и фотонные ракеты] (рус.). — 2009

• A. Bolonkin, [viXra.org/abs/1309.0200 Converting of Any Matter to Nuclear Energy by AB-Generator. American Journal of Engineering and Applied Science, Vol. 2, #4, 2009, pp.683-693] (англ.). — 2009..

Ссылки

• [starwars-exodus.wikia.com/wiki/Singularity_Reactor Сингулярный реактор в Star Wars: Exodus Visual Encyclopedia]
• trac.caspring.org/wiki/UnitGuide

Отрывок, характеризующий Сингулярный реактор

– Прежде всего пей.
Пьер стал пить стакан за стаканом, исподлобья оглядывая пьяных гостей, которые опять столпились у окна, и прислушиваясь к их говору. Анатоль наливал ему вино и рассказывал, что Долохов держит пари с англичанином Стивенсом, моряком, бывшим тут, в том, что он, Долохов, выпьет бутылку рому, сидя на окне третьего этажа с опущенными наружу ногами.
– Ну, пей же всю! – сказал Анатоль, подавая последний стакан Пьеру, – а то не пущу!
– Нет, не хочу, – сказал Пьер, отталкивая Анатоля, и подошел к окну.
Долохов держал за руку англичанина и ясно, отчетливо выговаривал условия пари, обращаясь преимущественно к Анатолю и Пьеру.
Долохов был человек среднего роста, курчавый и с светлыми, голубыми глазами. Ему было лет двадцать пять. Он не носил усов, как и все пехотные офицеры, и рот его, самая поразительная черта его лица, был весь виден. Линии этого рта были замечательно тонко изогнуты. В средине верхняя губа энергически опускалась на крепкую нижнюю острым клином, и в углах образовывалось постоянно что то вроде двух улыбок, по одной с каждой стороны; и всё вместе, а особенно в соединении с твердым, наглым, умным взглядом, составляло впечатление такое, что нельзя было не заметить этого лица. Долохов был небогатый человек, без всяких связей. И несмотря на то, что Анатоль проживал десятки тысяч, Долохов жил с ним и успел себя поставить так, что Анатоль и все знавшие их уважали Долохова больше, чем Анатоля. Долохов играл во все игры и почти всегда выигрывал. Сколько бы он ни пил, он никогда не терял ясности головы. И Курагин, и Долохов в то время были знаменитостями в мире повес и кутил Петербурга.
Бутылка рому была принесена; раму, не пускавшую сесть на наружный откос окна, выламывали два лакея, видимо торопившиеся и робевшие от советов и криков окружавших господ.
Анатоль с своим победительным видом подошел к окну. Ему хотелось сломать что нибудь. Он оттолкнул лакеев и потянул раму, но рама не сдавалась. Он разбил стекло.
– Ну ка ты, силач, – обратился он к Пьеру.
Пьер взялся за перекладины, потянул и с треском выворотип дубовую раму.
– Всю вон, а то подумают, что я держусь, – сказал Долохов.
– Англичанин хвастает… а?… хорошо?… – говорил Анатоль.
– Хорошо, – сказал Пьер, глядя на Долохова, который, взяв в руки бутылку рома, подходил к окну, из которого виднелся свет неба и сливавшихся на нем утренней и вечерней зари.
Долохов с бутылкой рома в руке вскочил на окно. «Слушать!»
крикнул он, стоя на подоконнике и обращаясь в комнату. Все замолчали.
– Я держу пари (он говорил по французски, чтоб его понял англичанин, и говорил не слишком хорошо на этом языке). Держу пари на пятьдесят империалов, хотите на сто? – прибавил он, обращаясь к англичанину.
– Нет, пятьдесят, – сказал англичанин.
– Хорошо, на пятьдесят империалов, – что я выпью бутылку рома всю, не отнимая ото рта, выпью, сидя за окном, вот на этом месте (он нагнулся и показал покатый выступ стены за окном) и не держась ни за что… Так?…
– Очень хорошо, – сказал англичанин.
Анатоль повернулся к англичанину и, взяв его за пуговицу фрака и сверху глядя на него (англичанин был мал ростом), начал по английски повторять ему условия пари.
– Постой! – закричал Долохов, стуча бутылкой по окну, чтоб обратить на себя внимание. – Постой, Курагин; слушайте. Если кто сделает то же, то я плачу сто империалов. Понимаете?
Англичанин кивнул головой, не давая никак разуметь, намерен ли он или нет принять это новое пари. Анатоль не отпускал англичанина и, несмотря на то что тот, кивая, давал знать что он всё понял, Анатоль переводил ему слова Долохова по английски. Молодой худощавый мальчик, лейб гусар, проигравшийся в этот вечер, взлез на окно, высунулся и посмотрел вниз.
– У!… у!… у!… – проговорил он, глядя за окно на камень тротуара.
– Смирно! – закричал Долохов и сдернул с окна офицера, который, запутавшись шпорами, неловко спрыгнул в комнату.
Поставив бутылку на подоконник, чтобы было удобно достать ее, Долохов осторожно и тихо полез в окно. Спустив ноги и расперевшись обеими руками в края окна, он примерился, уселся, опустил руки, подвинулся направо, налево и достал бутылку. Анатоль принес две свечки и поставил их на подоконник, хотя было уже совсем светло. Спина Долохова в белой рубашке и курчавая голова его были освещены с обеих сторон. Все столпились у окна. Англичанин стоял впереди. Пьер улыбался и ничего не говорил. Один из присутствующих, постарше других, с испуганным и сердитым лицом, вдруг продвинулся вперед и хотел схватить Долохова за рубашку.
– Господа, это глупости; он убьется до смерти, – сказал этот более благоразумный человек.
Анатоль остановил его:
– Не трогай, ты его испугаешь, он убьется. А?… Что тогда?… А?…
Долохов обернулся, поправляясь и опять расперевшись руками.
– Ежели кто ко мне еще будет соваться, – сказал он, редко пропуская слова сквозь стиснутые и тонкие губы, – я того сейчас спущу вот сюда. Ну!…
Сказав «ну»!, он повернулся опять, отпустил руки, взял бутылку и поднес ко рту, закинул назад голову и вскинул кверху свободную руку для перевеса. Один из лакеев, начавший подбирать стекла, остановился в согнутом положении, не спуская глаз с окна и спины Долохова. Анатоль стоял прямо, разинув глаза. Англичанин, выпятив вперед губы, смотрел сбоку. Тот, который останавливал, убежал в угол комнаты и лег на диван лицом к стене. Пьер закрыл лицо, и слабая улыбка, забывшись, осталась на его лице, хоть оно теперь выражало ужас и страх. Все молчали. Пьер отнял от глаз руки: Долохов сидел всё в том же положении, только голова загнулась назад, так что курчавые волосы затылка прикасались к воротнику рубахи, и рука с бутылкой поднималась всё выше и выше, содрогаясь и делая усилие. Бутылка видимо опорожнялась и с тем вместе поднималась, загибая голову. «Что же это так долго?» подумал Пьер. Ему казалось, что прошло больше получаса. Вдруг Долохов сделал движение назад спиной, и рука его нервически задрожала; этого содрогания было достаточно, чтобы сдвинуть всё тело, сидевшее на покатом откосе. Он сдвинулся весь, и еще сильнее задрожали, делая усилие, рука и голова его. Одна рука поднялась, чтобы схватиться за подоконник, но опять опустилась. Пьер опять закрыл глаза и сказал себе, что никогда уж не откроет их. Вдруг он почувствовал, что всё вокруг зашевелилось. Он взглянул: Долохов стоял на подоконнике, лицо его было бледно и весело.
– Пуста!
Он кинул бутылку англичанину, который ловко поймал ее. Долохов спрыгнул с окна. От него сильно пахло ромом.
– Отлично! Молодцом! Вот так пари! Чорт вас возьми совсем! – кричали с разных сторон.
Англичанин, достав кошелек, отсчитывал деньги. Долохов хмурился и молчал. Пьер вскочил на окно.
Господа! Кто хочет со мною пари? Я то же сделаю, – вдруг крикнул он. – И пари не нужно, вот что. Вели дать бутылку. Я сделаю… вели дать.
– Пускай, пускай! – сказал Долохов, улыбаясь.
– Что ты? с ума сошел? Кто тебя пустит? У тебя и на лестнице голова кружится, – заговорили с разных сторон.
– Я выпью, давай бутылку рому! – закричал Пьер, решительным и пьяным жестом ударяя по столу, и полез в окно.
Его схватили за руки; но он был так силен, что далеко оттолкнул того, кто приблизился к нему.
– Нет, его так не уломаешь ни за что, – говорил Анатоль, – постойте, я его обману. Послушай, я с тобой держу пари, но завтра, а теперь мы все едем к***.
– Едем, – закричал Пьер, – едем!… И Мишку с собой берем…
И он ухватил медведя, и, обняв и подняв его, стал кружиться с ним по комнате.


Князь Василий исполнил обещание, данное на вечере у Анны Павловны княгине Друбецкой, просившей его о своем единственном сыне Борисе. О нем было доложено государю, и, не в пример другим, он был переведен в гвардию Семеновского полка прапорщиком. Но адъютантом или состоящим при Кутузове Борис так и не был назначен, несмотря на все хлопоты и происки Анны Михайловны. Вскоре после вечера Анны Павловны Анна Михайловна вернулась в Москву, прямо к своим богатым родственникам Ростовым, у которых она стояла в Москве и у которых с детства воспитывался и годами живал ее обожаемый Боренька, только что произведенный в армейские и тотчас же переведенный в гвардейские прапорщики. Гвардия уже вышла из Петербурга 10 го августа, и сын, оставшийся для обмундирования в Москве, должен был догнать ее по дороге в Радзивилов.