ZNANSTVENICI ŽELE ‘PREVARITI SVEMIR’: Planiraju provaliti u srž crnih rupa i naći energiju koja civilizacije može održavati milijardama godina

Crne rupe krajnji su primjer čiste nasilne energije, najžešće u svemiru. Ako joj se previše približite, proždrijet će vas i dodati vašu energiju svojoj. Prema dosadašnjem razumijevanju, čini se da je naša energija tako zauvijek izgubljena. Naime, crna rupa je područje prostor-vremena u kojem je golema masa zbijena u malu točku (singularnost) pa joj je gravitacijska akceleracija ili sila toliko jaka da je ništa ne može napustiti, pa čak ni svjetlost koja ima brzinu od oko 300.000 kilometara u sekundi.

No bi li naša energija doista bila izgubljena? Stručnjaci navode modele kojima bismo mogli “prevariti svemir”, tj. crpiti energiju iz crne rupe. Štoviše, ta bi energija bila dovoljna da napaja cijelu civilizaciju od njezina prvog do posljednjeg dana, ako treba i milijardama godina.

Pa u čemu je onda “kvaka”? Crne rupe se – vrte!

Kada umre iznimno masivna zvijezda, dolazi do spektakularne svemirske eksplozije koju nazivamo “supernova”. Tada se jezgra zvijezde pod utjecajem vlastite gravitacije urušava u crnu rupu. Slikovito rečeno, u tom fascinantnom trenutku nešto jako veliko postaje nešto jako sitno, zapravo najsitnije što postoji u znanome svemiru.

Nezamisliva brzina

Priča postaje zanimljivija ako u obzir uzmemo činjenicu da se zvijezde vrte oko vlastite osi, a temeljno svojstvo našeg svemira kaže da se stvari koje se vrte ne žele prestati vrtjeti. To se svojstvo naziva: “kutna količina gibanja” ili “zamah” (L). Mjerna jedinica kutne količine gibanja jest umnožak kilograma i četvornog metra u sekundi (kgm²/s), odnosno umnožak džula i sekunde (Js).

Taj kutni zamah ne može nestati. Veliki objekt koji se vrti, kada postane manji, vrti se još brže. Dakle, kako se jezgra zvijezde urušava, njezin zamah čini da se ona vrti sve brže i brže, sve dok se ne sruši u crnu rupu.

Crna rupa se, prema tome, nastavlja vrtjeti nezamislivom brzinom. Neke čak i više milijuna puta u jednoj sekundi. Baš kao i crne rupe koje se ne vrte, rotirajuće crne rupe u svojoj srži jesu singularnost u kojoj je koncentrirana sva njihova masa, oko koje se na određenoj udaljenosti sa svih strana nalazi oplošje kugle zvane događajni obzor (horizont događaja) koji predstavlja granicu crne rupe i ostatka svemira.

Singularnost se obično opisuje kao jedna beskrajno mala točka bez površine. Ali točke se ne mogu okretati pa rotacijska singularnost ne može biti točka. Stoga je u engleskome uveden simpatičan pojam “ringularnost” (od “ring” što znači “kružnica” ili “prsten”).

Ringularnost je prsten debljine nula i bez površine koji se vrti iznimno brzo te sadrži svu masu crne rupe. Crna rupa vrti se toliko brzo da mijenja samu strukturu prostor-vremena. Ona doslovno usisava prostor u sebe. Tolika je njezina moć. Kao posljedica tog svojstva, oko crne rupe nastaje superčudno područje prostor-vremena koje se naziva “ergosfera”.

Ako su prostor i vrijeme potpuno slomljeni unutar događajnog obzora, tada su unutar ergosfere slomljeni samo napola. Zapravo, unutar ergosfere ništa nema smisla. Dakle, za razliku od događajnog obzora, jednom kada uđete u ergosferu, nju možete napustiti, no to vjerojatno ne bi bilo baš “ugodno iskustvo”.

Propadanje u rupu

To možete zamisliti ovako: pad u statičnu crnu rupu jest poput klizanja niz rupu. Nalaziti se unutar ergosfere rotirajuće crne rupe jest poput spiralnog spuštanja niz smrtonosni odvod. Crna rupa prenosi vlastitu kinetičku energiju, u obliku rotacije, na sve što ulazi u ergosferu. Ringularnost vas tjera da “plešete” htjeli vi to ili ne. Da biste na tom mjestu mirno stajali, morali biste se kretati brže od brzine svjetlosti, a to je nemoguće.

No upravo se u tome krije “kvaka”. Svemir možemo prevariti upravo u ergosferi. Možemo ukrasti dio energije crne rupe, a nje uistinu ima napretek. Samo za primjer, uzmite supermasivnu crnu rupu koja se nalazi u središtu naše galaktike Mliječnog puta. Od nje bismo mogli ukrasti više energije nego što je producira svih četiristotinjak milijardi zvijezda u našoj galaktici unutar milijardu godina! To je doista nevjerojatno.

No iznenađenja tu ne prestaju. Najlakši način da ukradete dio te enormne energije jest taj da nešto ubacite u crnu rupu. Kao što je već rečeno, kada uđemo u ergosferu, ringularnost usmjerava energiju prema nama, baš kao kada se nalazimo u kakvom viru ili vrtlogu, dok se prostor-vrijeme iskrivljuje posvuda oko nas. Ako ste dovoljno domišljati, vodu možete iskoristiti u svoju korist i plivati ​​brže nego prije.

U praksi to znači da je potrebno poslati raketu u ergosferu i “napraviti trgovački sporazum” s crnom rupom. Mi ćemo joj dati nešto mase, a ona će nama uzvratiti rotacijskom energijom. No to baš i nije najpošteniji mogući odnos. Naime, u toj razmjeni energije mi dobivamo mnogo više nego što dajemo.

Buduće civilizacije

Inače, kada lansiramo raketu, tada kemijsku energiju razmjenjujemo za kinetičku, baš kao kada se, plivajući u vodi, guramo prema naprijed. No, ako raketu ispalimo unutar ergosfere, to je kao da se guramo prema naprijed u vodi na čijoj se površini valovi kreću u istom smjeru kao i mi. Rotacijska energija valova daje nam mnogo jači poticaj nego što bismo mogli dobiti samo vlastitim guranjem. Povećanje energije dobiveno od rotacije crne rupe toliko je veliko da ćemo ergosferu napustiti s mnogo više energije nego što smo je unijeli. Dakle, crna rupa daje nam malu količinu svoje rotacijske energije, pri čemu se ona nezamjetljivo usporava.

Očito je za to potrebno puno “hrane”, no srećom, crne rupe nisu izbirljive izjelice. Napredna buduća civilizacija vjerojatno bi usmjerila asteroide u crnu rupu kako bi iz njezine ergosfere dobila potreban energetski poticaj.

No postoji još “luđi” način za dobivanje energije iz crne rupe. Ma koliko to zvučalo čudno, ta bi buduća civilizacija trebala izgraditi neusporedivo najveću bombu koju je čovjek ikada izgradio. Potrebna su nam “samo” dva sastojka: rotirajuća crna rupa i enormno golemo zrcalo koje potpuno mora obaviti crnu rupu.

Nešto slično još je davne 1960. godine opisao američki teorijski fizičar Freeman Dyson (1923.-2020.). Riječ je o hipotetskoj megastrukturi, po njemu nazvanoj “Dysonova sfera”, koja bi obuhvaćala sustav satelita koji bi orbitirali oko zvijezde, tako da je potpuno okruže i konzumiraju većinu energije koju ona zrači.

No zrcalo oko crne rupe bilo bi mnogo lakše izgraditi nego Dysonovu sferu jer su crne rupe mnogo manje i kompaktnije od zvijezda. Za izgradnju zrcala debljine 10 cm oko cijele crne rupe mase našega Sunca, trebala bi nam količina željeza koju imaju na milijuni asteroida u Sunčevu sustavu. Kada bi izgradnja zrcala bila završena, sve što bismo trebali učiniti jest otvoriti prozor na zrcalu i upucati elektromagnetske valove prema crnoj rupi.

Da biste shvatili što će se potom dogoditi, zamislite da reketom nabijete tenisku lopticu u zid, a ona vam se vrati brzinom većom od metka.

Ogromno znanje

Valovi udaraju u crnu rupu brzinom svjetlosti. Mali dio valova proći će događajni horizont, što znači da će zauvijek nestati u singularnosti. No mnogo veća količina elektromagnetskih valova projurit će kroz ergosferu, gdje će im crna rupa predati dio svoje rotacijske energije i tako ih pojačati. Svaki put kada prođu oko crne rupe, postat će eksponencijalno jači. Ako otvorimo prozor na zrcalu, možemo izvlačiti višak energije koji oni stvaraju.

Cijeli taj način crpljenja energije iz crne rupe obično se naziva Penroseov proces jer ga je osmislio britanski fizičar Roger Penrose (89). U konačnici bismo mogli stvoriti ono što bi u praktičnom smislu za čovječanstvo bilo beskrajan izvor energije koji bi trajao milijardama godina. No ako se valovi ne puste iz zrcala, oni će nastaviti jačati sve više i više, da bi na kraju ne samo uništili zrcalo nego bi oslobodili energije koliko i eksplozija supernove. To bi doista bila najveća bomba koju je čovječanstvo ikada stvorilo.

U veoma dalekoj budućnosti to bi uistinu mogao biti jedini način preživljavanja u našem umirućem svemiru. Pošto se ohlade svi crveni patuljci, a svi se bijeli patuljci pretvore u crne patuljke, svemir će zauvijek postati mračni bezdan. Rotirajuće crne rupe tada će možda biti jedini izvori energije u cijelom svemiru.

Ako je tako, posljednje živo biće koje će postojati moglo bi jednog dana završiti svoj život oko crne rupe, što je podjednako uzbudljivo i jezivo. Po tome ispada da čak i bez ikakva svjetla postoje mjesta na koja možemo ići.

Crne rupe su jednako zanimljive koliko i misteriozne, ali zapravo najviše nas fascinira količina znanja koju već imamo o njima.