Методы добычи чистой энергии человеком постоянно совершенствуются. Бьются рекорды ядерного синтеза, солнечные батареи становятся все более эффективными, а их установка — на парковках и зелёных крышах — также приобретает всё более стратегический характер, помогая получать всё больше энергии.
Но процедура хранения этой энергии и отдача её по требованию в электросети остаётся огромной проблемой, даже несмотря на то, что мощности по хранению и производству аккумуляторов растут, а цены на них падают.
Два физика-теоретика в новой работе размышляют о конечных теоретических пределах плотности энергии аккумуляторов, основываясь на общей теории относительности Эйнштейна. Начав со строгой интерпретации уравнений, описывающих идеально круглые массы, которые не вращаются, пара описывает поведение идеальных моделей микроскопических чёрных дыр, образующихся в тесном пространстве, заполненном энергией. Благодаря тому, как взаимодействуют эти крошечные монстры, вся система может действовать подобно ядерному реактору, высвобождая энергию, хранящуюся в связях частиц, для выработки огромного количества чистой энергии. Исследование опубликовано в журнале High Energy Density Physics.
Эти чёрные дыры должны быть заряженными и крошечными, всего одной планковской массы каждая, чтобы при объединении в ячейки с одинаково заряженными чёрными дырами их электромагнитное отталкивание компенсировало гравитационное притяжение, создавая стабильное хранилище энергии, которое не поглощает само себя. Более массивные чёрные дыры также менее энергоёмкие, чем маленькие.
Теоретически противоположно заряженные микроскопические чёрные дыры можно постепенно сводить вместе, вследствие чего они будут сливаться в одну чёрную дыру, которая будет очень быстро «испаряться», отдавая чистую энергию. Извлечённая энергия будет поступать не из самой чёрной дыры, а из её ближайших окрестностей.
Это поражающее воображение предположение не выходит за рамки возможного. Считается, что крошечные первобытные чёрные дыры существуют, но их никогда не удавалось обнаружить — возможно, потому, что они излучали большую часть своей энергии после образования в первобытной плазме, заполнившей Вселенную после Большого взрыва.
Но перспектива создания «батарей из микроскопических чёрных дыр», скорее всего, останется чисто гипотетической, что говорит скорее о том, насколько далеко ещё предстоит зайти в развитии аккумуляторных технологий, чем о том, к чему мы придём в итоге.
«Современные батареи крайне неэффективны по сравнению с их конечным потенциалом, и мы, скорее всего, находимся в самом начале революции в области батарей», — пишут в своей статье Эспен Хауг, физик-теоретик и финансовый аналитик из Норвежского университета наук о жизни, и Джанфранко Спавьери, физик из Университета Анд в Венесуэле.
В настоящее время самые эффективные литиевые батареи могут хранить около 954 000 джоулей энергии на килограмм массы, что в десятки раз превышает энергию, получаемую при сжигании одного килограмма нефти.
По оценкам Хауга и Спавьери, микробатарея из чёрной дыры весом всего в один килограмм может обеспечить «достаточное количество энергии для семьи на несколько поколений» — примерно в 470 миллионов раз больше, чем самая эффективная 200-килограммовая литиевая батарея, существующая в настоящее время.
«Хотя достижение такого уровня технологического прогресса, конечно, не является неизбежным, не исключено, что развитие технологии батарей может пойти по той же траектории, что и развитие компьютерных технологий», — пишут Хауг и Спавьери.
