МОЖНО ЛИ БЫСТРО «ВЫЧЕРПАТЬ» ЭНЕРГИЮ ИЗ ЧЕРНОЙ ДЫРЫ

Итак, черные дары сами теряют запасенную в них энергию без всяких внешних воздействий путем хоукинговского квантового излучения. Правда, как мы видели, для черных дыр звездного происхождения теряемая энергия ничтожна. Так, для невращающейся черной дыры с массой в 10 масс Солнца эффективная ее температуре а потеря энергии

Нет ли какого-либо способа катализировать, существенно ускорить этот процесс. Как показали канадский физик Вильям Унру и американский физик Роберт Уолд в 1983 г., такой способ существует.

Прежде чем познакомиться с этим способом, сделаем еще несколько замечаний о вакууме. Доказано, что в отсутствие поля тяготения в пустом пространстве (в вакууме) должен наблюдаться следующий эффект. Если

взять детектор каких-либо частиц (например, фотонов) и начать двигать его с ускорением а, то детектор начнет считать частицы, как будто он находится не в вакууме, а, как говорят физики, в тепловой бане. Температура этой бани определяется ускорением и равна

здесь постоянная Бсшьцмана. При достижимых в лабораториях ускорениях, разумеется, эта температура ничтожна. Но принципиально важно, что ускоренный детектор регистрирует виртуальные вакуумные частицы как реальные! То, что наблюдатель, не испытывающий ускорения, считает вакуумом, вовсе не вакуум в обычном смысле слова для ускоренного наблюдателя.

Вернемся к черной дыре, находящейся в вакууме. Наблюдатель, покоящийся вблизи ее горизонта, испытывает, как мы знаем, огромное ускорение Поэтому он, образно говоря, будет находиться как бы в «бане» теплового излучения. Несколько упрощенно можно сказать, что здесь имеется много квантов теплового излучения.

Как мы уже говорили выше, те из этих квантов, которые движутся почти точно по радиусу, уходят вдаль от черной дыры. Это и есть квантовое испарение. Траектории остальных квантов столь сильно искривляются, что они не могут уйти в пространство. Таким образом, мы здесь с несколько иной точки зрения описали картину возникновения процесса Хоукинга, представленную в предыдущих разделах. Еще раз напомним, что вблизи черной дыры очень трудно четко определить, что такое реально возникший квант, пока он не улетел достаточно далеко.

Уместно провести следующую аналогию с генерацией электромагнитных волн в классической, неквантовой физике. Если мы находимся вблизи генератора на расстоянии меньше длины испускаемой волны, то в этой области переменное электромагнитное поле еще не есть волна, оно еще не оторвалось от излучателя и не распространяется свободно в пространстве со скоростью света. Электрическое и магнитное поля здесь еще не связаны характерными соотношениями, присущими волне. Это еще волна в процессе рождения. Только уйдя подальше от излучателя, мы обнаруживаем истинные

электромагнитные волны. Так и о квантах вблизи черной дыры можно выразиться, что они, так сказать, еще не совсем рождены.

Читатель, наверное, заметил, что согласно нашему описанию медленность квантового испарения черных дар связана с очень сильным полем тяготения. Если квант летит не точно по радиусу наружу, то тяготение быстро искривляет его траекторию, заставляя вновь падать к черной дыре. Квантов вблизи горизонта много, но только ничтожная их часть, летящая по радиусу, ускользает от черной дыры. Как говорят, кванты находятся за потенциальным барьером, мешающим их быстрому разлету.

Возникает вопрос, нельзя ли попытаться как-то вытащить кванты из-под этого барьера и извлечь, таким образом, связанную с ними энергию. Оказывается, это сделать можно.

Как показали Унру и Уолд, если мы опустим к горизонту событий черной дыры ящик с зеркальными стенками и с открытой крышкой подержим там некоторое время, чтобы он наполнился квантами, затем закроем крышку и вытащим ящик назад на нашу искусственную сферу вдали от черной дыры, то он окажется наполнен излучением с температурой где расстояние от горизонта до уровня, куда мы опускали ящик. Если мы опускали ящик вплотную к черной дыре, то будет много меньше и температура «вытащенного» излучения огромна. И это излучение, естественно, содержит большое количество энергии. С помощью ящика мы протащили излучение сквозь потенциальный барьер. Правда, при подъеме ящика от черной дыры затрачивалась энергия. Но энергия, содержащаяся в поднятом ящике, с лихвой компенсирует эти затраты. Если сделать ящик малой высоты и больших поперечных размеров порядка размеров самой черной дыры , то за одно «черпание» с помощью такого «ковша» чистый выигрыш энергии оказывается равным

При использовании примитивной технологии ковша, только что описанной нами, и в случае использования черных дыр звездной массы, , скажем, в 1 см, получаемая энергия оказывается незначительной при одном

черпании. Но можно существенно улучшать технологию. Помимо уменьшения толщины ящика-ковша можно еще построить непрерывную ленту с такими ковшами, нечто подобное роторному экскаватору, когда ковши один за другим в быстром темпе будут подходить к черной дыре, черпать энергию и уносить ее прочь. Расчет показывает, что при этом темп исчерпания энергии определяется соотношением Эта мощность не зависит от массы черной дыры и определяется только толщиной ящика

Законы физики не запрещают в принципе делать очень маленьким и тем самым повышать эффективность вычерпывания энергии из черной дыры.

Разумеется, для осуществления такой предельной машины пришлось бы преодолеть большое количество различных трудностей. Но наша цель была показать принципиальную возможность подобного источника энергии.

Как ни заманчиво выглядит такой «роторный экскаватор» для черных дыр, несравненно проще получать их квантовую энергию даром. Для этого, как мы знаем, надо найти в природе черную дыру достаточно малой массы. Тогда ее мощность квантового испарения будет велика без всяких добавочных приспособлений.

В следующем разделе будет показано, что черные дыры малых масс (много меньше, чем массы звезд), вероятно, существуют в природе.