超小型ブラックホールは「高性能バッテリー」になると物理学者が発表

2人の物理学者によって、ブラックホールからエネルギーを得る方法について研究が行われました。なんと、小さなブラックホールは理論的には電力源として利用可能だというのです。この驚きの研究結果について、科学メディア「Science Alert」が報じています。

*Category:サイエンス Science *Source:Science Alert ,arXiv

ブラックホールがエネルギー源になる可能性


中国・天津大学のジャン・フェン・マイ氏とラン・キュウ・ヤン氏によれば、ブラックホールのような超高密度の物体は、充電可能なバッテリーや原子炉として機能し、ギガ電子ボルト規模のエネルギーを供給できる可能性があるといいます。

取り出されるエネルギーはブラックホール内部からではなく、ブラックホールのすぐ外側、つまり宇宙で最も強い重力が集中している場所から供給されるとのこと。宇宙にはブラックホールがたくさんあると考えられていますが、それを見つけるのは容易ではありません。そしてブラックホールの質量は、太陽の約5倍から数百億倍の範囲に及ぶことが示唆されています。

しかし、ブラックホールには理論上もう一つの質量クラスがあると考えられています。それは原始ブラックホールというもので、空間的には素粒子のサイズまで小さい可能性があります。恒星質量ブラックホールが巨大な死んだ恒星の崩壊コアから形成されるのに対し、始原ブラックホールは、ビッグバンの後に宇宙を満たした始原プラズマの高密度領域から形成されたと考えられています。原始ブラックホールが存在するかどうかはわかりませんが、もし存在するとすれば、さまざまな可能性が広がります。ひとつは暗黒物質で、原始ブラックホールはその有力な候補と考えられてきました。

そして今回の研究では、時空のくぼみを何らかの方法で利用できないかと考えられました。マイ氏とヤン氏は次のように主張しています。

Taking the fact that the black hole has extremely strong gravitational force, an interesting question arises: considering at least theoretically, could we use the gravitational force of black holes to generate electric energy, i.e. make use of black holes as batteries?In this paper, we argue theoretically that we can use a Schwarzschild black hole as a rechargeable battery.


— 引用:arXiv

訳:ブラックホールが非常に強い重力を持っているという事実を考慮すると、興味深い疑問が生じる。少なくとも理論的に考えると、ブラックホールの重力を利用して電気エネルギーを生成する、つまりブラックホールをバッテリーとして利用することはできないだろうか?この論文では、シュヴァルツシルト・ブラックホールを充電可能なバッテリーとして使えることを理論的に論じる。

バッテリーは非電気エネルギーを電気エネルギーに変換します。原子炉は核反応の力を利用してエネルギーを生み出します。そして小さなブラックホールは、理論的にはその両方を実現できるというのです。

しかし、非常に小さなブラックホールには問題があります。それはホーキング放射です。ホーキング放射とは、ブラックホールの事象の地平線とその周辺の量子場との相互作用によってブラックホールが失う質量のことです。ブラックホールが小さければ小さいほど、ホーキング放射によって質量が速く失われます。ブラックホールが十分に小さければ、比較的早く完全に蒸発するでしょう。

また、小さなブラックホールは物質をあっという間に飲み込んでしまうため、周囲の空間から何かを取り出すことが難しくなると予想されます。研究チームは、ある質量以上の原始ブラックホールに、電気エネルギーを発生させるような方法で物質を補給し、再充電できるのではないかと考えました。質量が1015kgから1018kgの原子サイズのブラックホールであれば、荷電粒子を補給することでこのエネルギーを生み出すことができるはずです。

研究チームは、最大でブラックホールは投入された質量の25%をエネルギーに変換できると計算しました。これは25%の効率です。市販されているほとんどのソーラーパネルの効率は23%以下です。


また、ブラックホールが原子炉と同じような効率を得ることができると結論付けました。彼らの方程式は、原始ブラックホールの近くでは、放射性崩壊によって生成されるアルファ粒子の質量の25%が運動エネルギーに変換されることを示しています。

これらは、私たちが実際に検証できるものではありません。仮にブラックホールが存在するとわかっていたとしても、原始ブラックホールを手に入れることはできないし、それをコントロールすることもできません。しかし、この分析によって、いくつかの興味深い考察が見えてきました。

特に、研究チームによれば、ブラックホールの原子炉モデルは、暗黒物質として提案されている質量範囲のちょうど内側に位置すると考えています。もしかしたら、宇宙で最も神秘的な物質のひとつを利用して、エネルギーを供給することができるかもしれないという興味深い可能性が出てきたのです。

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