Межзвёздный полёт является одним из самых ошеломительных вызовов, когда либо стоявших перед человечеством. расстояния даже до ближайших звёзд столь велики, бессмысленно даже создавать моделировать их в масштабе. Например, если расстояние от Земли до Солнца принять равным 1 см, то ближайшая звезда будет на расстоянии примерно 2,7 км.
Самый быстрый из построенных людьми объект, Вояджер 1, движется со скоростью около 29 км/сек. Если бы он направлялся к Проксима Центавра, то достиг бы её через 80 000 лет. Очевидно, что раз межзвёздный полёт нужно осуществить в пределах одной человеческой жизни (или нескольких), то необходимо достичь гораздо более высоких скоростей. При скорости в 10% от скорости света (что в 1000 раз быстрее Вояджера 1), Проксиму Центавра можно достичь за 45 лет. Однако необходимое для достижения такой скорости количество энергии не укладывается в голове.
Каждый килограмм корабля, движущегося со скоростью в 99,9% от скорости света, будет обладать кинетической энергией, превышающей энергию мощнейших из когда-либо взорванных ядерных бомб. Несмотря на это, может существовать способ снабжения двигателя столь невообразимым количеством энергии.
В 1955 году Джон Вилер (John Wheeler), один из пионеров теории чёрных дыр, ввёл термин Kugelblitz (нем. шаровая молния). Вилер предположил, что если в некой точке пространства сфокусировать достаточно энергии, то в этой точке сформируется микроскопическая чёрная дыра, которую можно описать уравнением Карла Шварцшильда. Через 19 лет Стивен Хокинг предположил, что квантовые эффекты поблизости от горизонта событий чёрной дыры могут стать причиной радиационного излучения, так называемое «излучение Хокинга». Чем меньше дыра, тем больше энергия излучения и меньше её масса. Но и тем короче жизнь дыры до момента её полного «испарения». Постулат Вилера и теория Хокинга об излучении чёрных дыр делают возможным новый тип межзвёздных двигателей, использующих в качестве источника энергии Шаровую Молнию Шварцшильда.
Такая искусственная чёрная дыра должна быть достаточно мала, чтобы излучать нужное количество энергии. Должна быть достаточно легка, чтобы её можно было разогнать. И достаточно велика, чтобы прожить нужное время. Расчёты показывают, что размер такой дыры должен быть меньше размера протона.
Несмотря на такую микроскопичность, чёрная дыра Шварцшильда будет невероятно тяжёлой, массой примерно как два здания Empire State Buildings. При этом энергия излучения составит около 129 петаватт (1 петаватт = 10 квадрильонам ватт). Это в 10 млн раз больше, чем общее энергопотребление Нью-Йорка за июль 2013 года.
Кстати, в 1993 году чёрная дыра Шварцшильда даже проникла в массовую культуру, правда, под псевдонимом. В эпизоде «Timescape» сериала «Star Trek: The Next Generation» корабль Romulan Warbird был оснащён искусственной квантовой сингулярностью.
Купол Дайсона
В 1960 году физика Фримэн Дайсон (Freeman Dyson) сформулировал постулат, согласно которому чрезвычайно развитая цивилизация может окружить звезду сферической оболочкой с радиусом в 1 астрономическую единицу. Это позволило бы получить практически неисчерпаемый источник энергии. К сожалению, такая Сфера Дайсона почти наверняка останется технически неосуществимой для человечества в обозримом будущем.
Альтернативой полноценной сфере может стать её небольшой сегмент с радиусом менее 1 АЕ — Купол Дайсона. И это уже куда более реалистичный вариант. Такой купол можно расположить в носу корабля, чтобы он мог вобрать в себя энергию, излучаемую Чёрной Дырой Шварцшильда. Это позволило бы придавать кораблю ускорение. Однако расчёты не позволяют надеяться на реализацию такого проекта.
Рассмотрим Купол Дайсона, изготовленный, например, из титана. Энергия от искусственной ЧД расплавила бы его на уже расстоянии около 30 км. Однако на расстоянии 33 км для купола уже не будет риска быть расплавленным. Толщина и диаметр Купола нужно будет оптимизировать с целью уменьшения массы. Чем больше диаметр и толщина, тем больше энергии он абсорбирует. Однако масса такого купола сильно повлияет на ускорение корабля. И наоборот, лёгкий купол будет абсорбировать слишком мало энергии. Необходимость разместить Купол на большом расстоянии от ЧД также приведёт к тому, что очень небольшая доля излучённой энергии будет уловлена.
Если принять срок «жизни» Чёрной Дыры Шварцшильда за 5 лет, то корабль размером со 100-этажное здание сможет разгоняться лишь на отрезке в 1,5 АЕ, а скорость увеличится лишь на 0,0004%. Даже если уменьшить массу всей конструкции в 1000 раз, то корабль успеет достичь лишь 4% от скорости света. Для сравнения, термоядерный реактор позволит достичь скорости в 8-12% от скорости света!
Сфера Дайсона
Если вся излучаемая энергия будет собрана и значительная её часть будет использована для движения, то ситуация существенно поменяется. Это возможно при использовании сферической оболочки вокруг ЧД Шварцшильда. В этом случае, корабль сможет, теоретически, достичь 72% от скорости света в течение 5-летнего периода «жизни» ЧД. Эта колоссальная субсветовая скорость позволила бы в течение человеческой жизни облететь несколько ближайших к нам звёздных систем.
Проблематика Чёрной Дыры Шварцшильда
Для создания Сферы Дайсона понадобится чрезвычайно лёгкий и энергоёмкий материал, потому что титановая сфера с радиусом в 33 км и толщиной в 1 см будет иметь массу как 1200 небоскрёбов Empire state Building. Если же ограничиться Куполом, то собранной энергии будет слишком мало.
Кроме того, на сегодняшний день единственным теоретически возможным способом создания самой ЧД Шварцшильда является использование гамма-лазера. Однако лазер с такой рабочей частотой требует увеличения современных рабочих частот более чем в миллиард раз. Длительность импульса должна быть в 100 миллиардов раз меньше, чем у современных лазеров. А общая энергия излучения должна быть эквивалентна объёму энергии, испускаемой Солнцем за 1/10 секунды…
Увы, пока что технологические трудности делают создание ЧД Шварцшильда невозможным в обозримом будущем. Искусственная ЧД может стать источником колоссального количества энергии, что сделало бы её идеальной «батарейкой» для межзвёздного корабля. Кто знает, возможно, когда-нибудь благодаря именно этой технологии человечество впервые достигнет звёзд.
