Frage:
Könnte ein Schwarzes Loch als tragbares Schwerkraftgerät verwendet werden?
James Jenkins
2013-07-20 05:50:18 UTC
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Ich verwende den Begriff künstliche Schwerkraft nicht, weil die Schwerkraft eines Schwarzen Lochs real ist.

Wenn Sie ein Schwarzes Loch angeschnallt haben und es kontrollieren können, können Sie es dann als tragbares Schwerkraftgerät verwenden?

Ich habe nicht wirklich die Physik und die Mathematik, um es herauszufinden. Aber es scheint, dass Sie in einer Umgebung mit geringer Schwerkraft ein schwarzes Loch unter den Boden legen und Schwerkraft haben könnten. Vermutlich könnten Sie durch Ändern des Abstands zwischen dem Boden und dem Schwarzen Loch eine Schwerkraft von 1 oder eine Teilschwerkraft einstellen.

Es scheint auch zu folgen, wenn Sie sich in einer Umgebung mit hoher Schwerkraft befinden (wie ein Schiff unter hoher Schwerkraft) Beschleunigung) Sie könnten das Schwarze Loch über der Decke platzieren und der Schwerkraft entgegenwirken, der Sie ausgesetzt sind.

Ich kann verstehen, dass ich nicht genug Wissen hatte, um zu erkennen, wie falsch diese Frage ist. Es gibt einige fantastische Antworten, wobei PearsonArtPhoto & AlanSE ausreichend einfache Erklärungen liefern, um zu erklären, warum dies eine schlechte Frage ist. Ich würde es hassen, diese Antworten auf der Website zu verlieren. Ich bin mir nicht sicher, ob Schließen und Behalten eine Option ist oder ob die Frage bearbeitet werden kann, um den Geltungsbereich beizubehalten, würde mich aber darüber freuen.
Drei antworten:
#1
+7
AlanSE
2013-07-20 07:51:02 UTC
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Diese Frage ist nicht im Geltungsbereich, nicht im einfachen Sinne nur dieser Website. Sie müssen erkennen, dass kritische Details, von denen Ihre Frage abhängt, zu diesem Zeitpunkt in der Geschichte buchstäblich unbekannt sind. Das liegt daran, dass kleine Schwarze Löcher (die leicht durch Ihre Frage impliziert werden) die Quantengravitation beinhalten - im Grunde genommen der Bereich der Physik, in dem wir sicher wissen, dass aktuelle Theorien nicht vollständig funktionieren und dass es neue Dinge zu entdecken gibt.

Auch in Bezug auf den Umfang können wir dies heute nicht auf der Ebene der Gesellschaft tun. Der Grund ist, dass kleine Schwarze Löcher nicht natürlich vorkommen. Der einzige natürliche Weg, wie wir wissen, dass sich Schwarze Löcher bilden, ist der Zusammenbruch von Sternen und nur Sterne, die viel größer sind als unsere Sonne. Das ist natürlich nicht sehr klein. Könnten "wir" kleine schwarze Löcher machen? Ja, obwohl das Pronomen "wir" hier äußerst großzügig verwendet wird. Einige fortgeschrittene Zivilisationen könnten, das ist fast sicher. Es gibt eine Größenuntergrenze, die erst Leuten wie Hawking bekannt war. Das Schwarze Loch strahlt bei geringerer Masse immer schneller. Das bedeutet, dass Sie ab einer bestimmten Größe stabil sein müssen. Schätzungen, die ich gesehen habe, reichen von der Masse des Berges. Everest zur Masse des Mondes.

Um das "tragbare Schwerkraftgerät" anzusprechen, muss ich Sie auf das Gaußsche Gesetz für die Schwerkraft verweisen. Dies bezieht die Masse innerhalb eines Volumens auf den Gravitationsfluss über der Oberfläche. Der Gravitationsfluss ist die Schwerkraft mal die Fläche. Die Schwerkraft ist ein Parameter, den wir aufgrund der Anforderung festlegen, dass wir die Erdgravitation erzeugen (was eine absurde Anforderung sein könnte, wenn wir in der Lage sind, so etwas für die Aufzeichnung zu machen).

Ich stelle mir vor, Sie würden eine starre Kugel mit dem schwarzen Loch im Inneren verwenden. Das Prinzip ist dann, dass Sie außerhalb der Kugel stehen können. Angenommen, Sie verwenden das kleinste stabile Schwarze Loch. Aufgrund des Gaußschen Gravitationsgesetzes ist die Masse des benötigten Schwarzen Lochs proportional zur Fläche. Diese durch die Fläche geteilte Massenkonstante ist dieselbe wie für die Erde. Da jedoch das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen mit kleinerer Größe zunimmt, benötigen Sie eine höhere Dichte. Dies ist das Dienstprogramm, das Schwarze Löcher bieten können. Sie sind subatomar und zeigen effektiv im Raum, sodass Ihre Struktur eine bestimmte Dichte einhüllen kann (vorausgesetzt, Sie erfüllen die Stabilitätsanforderungen). Mit diesem Setup können Sie mit einem Schwarzen Loch eine Art "Mikroplaneten" erstellen. Sie müssten noch etwas in der Atmosphäre halten, aber dies könnte an den Boden gebunden sein und wäre nicht besonders exotisch.

Sie haben also eine Kugel mit einem schwarzen Loch in der Mitte. Das bedeutet, dass die Kugel materielle Stärke haben muss, um diesem Schlepper zu widerstehen. Die Anforderung ist nahezu identisch mit der von rotierenden Lebensräumen mit künstlicher Schwerkraft. Dies ist der Unterschied zwischen der Festigkeitsanforderung für einen kugelförmigen Druckbehälter und einem Rohr, die ein Faktor von 2 ist. Praktisch kann dies bei ziemlich normalen Materialien bis zu 1 km betragen. Es ist ein ähnliches Problem wie beim Bau von Wolkenkratzern. Ihre Oberfläche hat eine gewisse Belastung, die Ihr Lebensraum ist, einschließlich der Menschen und all ihrer Dinge.

Ist das eine stabile Konstruktion? Nein. Ihre strukturelle Kugel übt aufgrund des Schalen-Theorems keinen Zug auf das Schwarze Loch aus. In Wirklichkeit ist es nicht perfekt symmetrisch, was bedeutet, dass das Schwarze Loch immer nach einer Schwachstelle in Ihrer Massenverteilung sucht und diese verwendet, um Ihren Lebensraum zu fressen. Natürlich würden Sie das umgehen, und es wäre nicht einmal besonders schwierig. Dies könnte mit Gravitationsschleppern im Innenraum geschehen. Grundsätzlich große Bleikugeln, die Sie je nach Bewegung des Schwarzen Lochs absenken und anheben. Ich sollte erwähnen, dass dies nur eine der verschiedenen Methoden ist, die möglich sind. Elektromagnetische Kräfte wären vorzuziehen. Ich weiß jedoch, dass einige Leute vor den Drehimpuls- und Ladungswerten des kleinen Schwarzen Lochs warnen, weil sie sie möglicherweise schnell ausstoßen möchten. Aber wir können nicht sicher sagen. Dies ist ein offener Forschungsbereich.

Es gibt tatsächlich einen zusätzlichen Vorbehalt, der verwendet werden kann. Das kleine Schwarze Loch emittiert Strahlung. Hoffentlich schöne, ca. 5000 K Strahlung. Sie könnten dies von den Innenwänden reflektieren. Es würde die Wachstums- / Zerfallsrate des Schwarzen Lochs beeinflussen, aber wen interessiert es, seine Masse wird sich über Millionen von Jahren nur sehr wenig bewegen. Diese Reflexion würde der Oberfläche einen gewissen Auftrieb verleihen, und sie könnte sogar verwendet werden, um die strukturellen Anforderungen zu beseitigen. Grundsätzlich könnte Strahlung die Oberfläche über Wasser halten. Das gleiche Prinzip wurde für Dyson-Kugeln festgestellt. Es gibt jedoch begrenzte Entwurfsvariablen. Der Aufwärtsdruck, den Sie dadurch erhalten können, wird durch das Schwarzkörper-Strahlungsgesetz begrenzt. Diese Oberflächenleistungsrate wird dann durch die Temperatur begrenzt. Die Temperatur begrenzt, wie klein Sie das Schwarze Loch machen können.

Also ja, das ist alles plausibel. Ob es praktisch ist, ist eine andere Geschichte. Auch wenn alles perfekt läuft, sind Sie in der Oberfläche auf die Massenabteilung beschränkt. Kurz gesagt, wenn Sie die Erde auseinanderreißen und viele Mikroplaneten daraus machen würden, würden Sie genau dieselbe Oberfläche haben. Das ist kein sehr überzeugender Business Case. Wenn wir so weit fortgeschritten sind, dass wir Schwarze Löcher bauen können, wird die Materie wahrscheinlich andere Verwendungszwecke haben, beispielsweise den Antrieb von Fusionskraftwerken.

Es gibt eine weitere Gefahr, die ich bei kleinen Größen noch nicht erwähnt habe. Eine geringe Größe korreliert mit einer höheren Temperatur, aber in der seltsamen Welt der Quantengravitation können sogar neue Partikel mit einer Temperatur erzeugt werden, die in etwa der Ruhemasse des Partikels entspricht. Photonen können bei jeder Temperatur erzeugt werden - deshalb geben wir alle Wärmestrahlung ab. Bei höheren Temperaturen können jedoch Neutrinos, Elektronen und andere hergestellt werden. Das sind keine besonders guten Nachrichten. Wenn das Schwarze Loch zu klein ist, entsteht ein exotischer Partikelzoo, der jeden modernen Teilchenphysiker neidisch macht (es ist auch gefährlich). Es ist nur ein weiterer Grund, warum kleine Schwarze Löcher Gefahren bergen. Aber zum Glück werden wir ihnen nicht so schnell begegnen.

Wow - ich frage mich etwas im Wesentlichen wie diese Frage. Sehr gründliche Antwort! Mein Gedanke war, viele viel kleinere schwarze Löcher in eine Bodenplatte "eingebettet" zu haben, die im Grunde nur wenige Zentimeter voneinander entfernt oder näher ist und ein "gleichmäßigeres" Gravitationsfeld für diejenigen auf beiden Seiten der Platte bietet. Ich denke nicht an das, was ich hier gelesen habe, ich denke nicht, dass es praktischer ist, aber ich würde gerne hören, wenn Sie irgendwelche Gedanken zu dieser Modifikation haben
@CodeJockey Das Verlassen auf viel kleinere Schwarze Löcher schafft Probleme. Die wenigen 100 Meter Reichweite für 1 g Schwerkraft liegen nahe am Grenzwert, da die Strahlung für kleinere Schwarze Löcher intensiv wird. Es gibt praktisch keine Möglichkeit, sie vor einer Supernova-ähnlichen Explosion einzuschränken. Sie könnten immer noch planare Geometrie erstellen, aber der Abstand müsste groß sein. Eher wie Kilometer als Zentimeter.
#2
+7
PearsonArtPhoto
2013-07-20 07:28:48 UTC
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Nun, es ist eine nette Idee, aber lassen Sie uns zuerst ein paar Dinge berücksichtigen.

  1. Nehmen wir an, dass die Schwerkraft nicht mehr als 1% unterschiedlich sein soll von deinen Füßen bis zu deinem Kopf. Angenommen, Sie sind 2 m groß, ergibt sich ein Unterschied von 200 m zwischen der Position des Schwarzen Lochs und Ihnen.
  2. Die Menge an Masse, die erforderlich wäre, um beispielsweise 1 g zu ergeben. Mit diesem Rechner habe ich angenommen, dass die erforderliche Masse 5900 000 000 000 000 kg betragen würde. Das sind 5,9 * 10 ^ 15, ungefähr 1 Milliardstel der Erdmasse oder ungefähr die Masse von 50 Mt. Everests.
  3. Die Anforderungen an den Schub werden mit all dieser zusätzlichen Masse ziemlich komplex.
  4. Die Verwaltung eines Schwarzen Lochs dieser Größe wird zu einer Herausforderung.
  5. ol >

    Es ist eine interessante Idee, aber es ist unwahrscheinlich, dass sie jemals in der realen Welt umgesetzt wird.

    Es sollte jedoch beachtet werden, dass Schwarze Löcher sehr effiziente Konverter von Masse zu Energie sind und es eines Tages sein könnten verwendet, um Raumfahrzeuge anzutreiben. Aber das ist momentan ziemlich weit draußen.

Mit Ihrer Masse und Ihrem Radius würde die Umlaufgeschwindigkeit 70 Meilen pro Stunde betragen. Jetzt sage ich nicht, dass daran etwas falsch ist ...
Hatten Sie irgendwelche Gedanken darüber, was sich ändern könnte, wenn Sie viel mehr viel kleinere schwarze Löcher in einer Matrix anordnen, die in ein Panel eingebettet ist? Scheint nicht so, als würde es das machbarer machen, aber wenn es erreicht werden könnte, wäre es praktischer für ein Raumschiff wie das in den Filmen (?)
#3
+2
Don Branson
2013-07-20 07:12:33 UTC
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Coole Idee. Wenn es massiv genug ist, um zu helfen, scheint es schwierig zu sein, damit umzugehen. Sie hätten Schwierigkeiten, es um Ihr Schiff zu bewegen, und Ihr Antriebssystem hätte all diese Masse, um zu beschleunigen.

Dies scheint ein Kommentar zu sein, keine Antwort.


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