物理学家表示,终极电池可能利用黑洞的能量

发布日期:2024-04-23     56 次

在避免燃烧地球所能承受的化石燃料之外,努力从更少的材料中产生更多的能量,正在孕育一些可以说是创造性的想法。

核聚变记录被打破了,即使只是以微小的幅度和短暂的时间。与此同时,太阳能电池板的效率正如预期地不断提高,它们的安装——在停车场和绿色屋顶上——也更加战略,有助于获得越来越多的收益。

但如何存储能量并在需要时释放到电力网上仍然是一个巨大的挑战,即使电池存储和制造能力正在上升,价格也在暴跌。

理论科学家在展望这些趋势可能如何发展或创新将带领我们前进方面尤其富有想象力,超越了现实的边界,跨越了未来的几年。

在最新的转折中,两位物理学家一直在思考电池能量密度的终极理论极限,这是基于爱因斯坦的广义相对论。

从描述不旋转的完全圆形质量的严格解释开始,这对人描述了在充满能量的紧凑空间中形成的微观黑洞的理想模型的行为。由于这些微小的怪物相互作用的方式,整个系统可能会有点像核反应堆,释放存储在粒子键中的能量以产生巨大量的清洁能源。

这些黑洞需要被充电并且很小,每个只有一个普朗克质量,这样当它们被打包成充满同样带电的黑洞的细胞时,它们的电磁斥力抵消了重力的吸引力,创造了稳定的能量存储,不会吞噬自身。比较庞大的黑洞也比微小的黑洞能量密度低。

理论上,相反带电的微型黑洞可以被逐个聚集在一起,导致它们融合成一个黑洞,这个黑洞会非常快地“蒸发”成纯能量。提取的能量不会来自黑洞内部,而是来自它的外部:重力集中的地方。

Positively charged black holes grouped together in one cell of the theoretical battery, and negatively charged black holes grouped together in second, adjacent cell.

在理论电池的一个细胞中,将正电荷的黑洞聚集在一起,而将负电荷的黑洞聚集在第二个相邻的细胞中。由带电的微小黑洞组成的电池概念,在将两个相反带电的黑洞以控制的方式聚集以释放能量之前,它们被保持在单独的细胞中。(霍格和斯帕维埃里,高密度能量物理学,2024年)。这个扭曲人脑的建议并不是超出现实的范畴。微小的原始黑洞被认为存在,但从未被探测到——也许是因为它们在宇宙大爆炸后充满宇宙的原始等离子体中形成后辐射了大部分能量。

但是“微型黑洞电池”的前景很可能仍然是纯粹的假设,更多地表明了电池技术发展的趋势有多远,而不是我们最终会到达的地方。

“与其最终潜力相比,今天的电池极度低效,而且我们很可能只是电池革命的开端,”挪威生命科学大学的理论物理学家和金融分析师埃斯彭·豪格以及安第斯大学委内瑞拉分校的物理学家吉安弗兰科·斯帕维埃里在他们发表的论文中写道。

目前,最高效的锂电池每公斤含有大约954,000焦耳的能量(2.2磅),大约是燃烧一公斤石油所获得能量的22倍。

豪格和斯帕维埃里估计,一个重量只有一公斤的微型黑洞电池可以为一个家庭提供“几代人的能量”——大约是目前存在的最有效的200公斤锂电池的能量的470,000,000倍。

“虽然达到这种技术水平当然不是迫在眉睫的,但电池技术发展可能会遵循与计算机技术相似的轨迹,”豪格和斯帕维埃里写道。

这对不是第一个提出这种疯狂想法的团队,这只是表明了我们面临的能源过渡的严重性(双关语打算) ,以便在不燃烧正在炖煮地球的化石燃料的情况下为世界提供能量。

以前的工作考虑了类似小的施瓦茨希尔德黑洞,但豪格和斯帕维埃里认为由莱斯纳-诺德斯特伦度量描述的带电黑洞比它们的能量密度高八倍。

当然,这样的微小、不旋转的黑洞是否存在,甚至能否在实际环境中创建,是未来想象的项目。

“如果我们使用战略性放置的中子星作为磁铁,这仍然需要一个大约太阳系大小的[粒子]加速器,”豪格和斯帕维埃里指出。“这个解决方案似乎相当不现实,但永远不要说从来没有。”


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