Фізики стверджують, що ідеальна батарея може використати силу чорних дір

Прагнення виробляти більше енергії з меншої кількості матеріалів, не спалюючи при цьому більше викопного палива, ніж може витримати наша планета, породжує деякі, скажімо так, креативні ідеї.

Рекорди ядерного синтезу б’ються, навіть якщо це відбувається з мінімальною різницею і на секунди за раз. Тим часом сонячні панелі стають дедалі ефективнішими, як і очікувалося, а їхнє встановлення – на автостоянках і зелених дахах – також має більш стратегічний характер, допомагаючи отримувати все більші прибутки.

Але як зберігати цю енергію і віддавати її на вимогу в електромережі, залишається величезною проблемою, навіть якщо потужності для зберігання і виробництва акумуляторів зростають, що призводить до падіння цін.

Науковці-теоретики – особливо винахідливі, коли йдеться про прогнозування того, як ці тенденції можуть розвиватися або куди нас можуть привести інновації через багато років у майбутньому.

Останнім часом двоє фізиків розмірковують над кінцевою теоретичною межею щільності енергії в акумуляторах, спираючись на загальну теорію відносності Ейнштейна.

Починаючи зі строгої інтерпретації рівнянь, що описують ідеально круглі маси, які не обертаються, пара описує поведінку ідеальних моделей мікроскопічних чорних дір, що утворюються в тісному просторі, переповненому енергією. Завдяки тому, як взаємодіють ці крихітні монстри, вся система може діяти подібно до ядерного реактора, вивільняючи енергію, що зберігається у зв’язках частинок, і генеруючи величезну кількість чистої енергії.

Ці чорні діри мають бути зарядженими і крихітними, лише з однією планківською масою кожна, щоб при об’єднанні в комірки, заповнені такими ж зарядженими чорними дірами, їхнє електромагнітне відштовхування компенсувало б силу гравітації, створюючи стабільне сховище енергії, яке не поглинає саме себе. Більш масивні чорні діри також менш енергетично щільні, ніж крихітні.

Теоретично, протилежно заряджені мікрочорні діри можна було б зібрати разом, одну за одною, що призвело б до їхнього злиття в одну чорну діру, яка дуже швидко “випаровується” в чисту енергію. Видобута енергія виходила б не зсередини чорної діри, а ззовні: там, де концентрується гравітація.

Концепція батареї, що складається з крихітних заряджених чорних дір, утримуваних разом в окремих елементах, перш ніж дві протилежно заряджені чорні діри будуть з’єднані разом контрольованим чином для вивільнення енергії. (Хауг і Спав’єрі, Фізика енергії високої густини, 2024)

Це вражаюче припущення не є чимось неймовірним. Вважається, що крихітні первинні чорні діри існують, але ніколи не були виявлені – можливо, тому, що вони випромінювали більшу частину своєї енергії після утворення в первинній плазмі, яка заповнювала Всесвіт після Великого вибуху.

Але перспектива “мікро-батарейок з чорних дір”, швидше за все, залишиться суто гіпотетичною, що свідчить радше про те, наскільки далеко можуть зайти тенденції в технології акумуляторів, аніж про те, де ми насправді опинимося в кінцевому підсумку.

“Сьогоднішні батареї надзвичайно неефективні порівняно з їхнім кінцевим потенціалом, і ми, ймовірно, перебуваємо лише на самому початку революції батарей”, – пишуть у своїй опублікованій статті Еспен Хауг, фізик-теоретик і фінансовий аналітик з Норвезького університету наук про життя, та Джанфранко Спав’єрі, фізик з Університету Анд у Венесуелі.

Наразі найефективніші літієві батареї містять близько 954 000 джоулів енергії на кілограм (2,2 фунта) маси – це приблизно в 22 рази більше енергії, ніж при спалюванні одного кілограма нафти.

Хауг і Спав’єрі підрахували, що батарея з мікрочорних дір вагою всього один кілограм може забезпечити “достатньо енергії для сім’ї на кілька поколінь” – приблизно в 470 мільйонів разів більше енергії, ніж найефективніша 200-кілограмова літієва батарея, яка існує на сьогоднішній день.

“Хоча досягнення такого рівня технологічного прогресу, безумовно, не є неминучим, не виключено, що розвиток акумуляторних технологій може піти за траєкторією, подібною до розвитку комп’ютерних технологій”, – пишуть Хауг і Спав’єрі.

Вони не перша команда, яка запропонувала таку дику ідею, що лише показує серйозність (каламбур) енергетичного переходу, з яким ми стикаємося, щоб забезпечити світ енергією без спалювання викопного палива, яке розжарює планету.

У попередніх роботах розглядалися подібні малі чорні діри Шварцшильда, але Хауг і Спав’єрі вважають, що заряджені чорні діри, які описуються метрикою Рейснера-Нордстрема, у вісім разів щільніші за енергією.

Звичайно, чи існують такі крихітні чорні діри, що не обертаються, і чи можуть вони бути створені на практиці – це проєкт для майбутньої уяви.

“Якщо ми використаємо стратегічно розміщені нейтронні зірки як магніти, для цього все одно знадобиться прискорювач [частинок] розміром із Сонячну систему, – зазначають Хауг і Спав’єрі. “Це рішення здається досить нереалістичним, але ніколи не кажіть ніколи”.