Е = mc^2 или сколько нужно котов чтобы обеспечить электроэнергией Аргентину
Все любят котиков, а котики любят спать, есть и бесоёбить со страшной силой и энергией. Так сколько же в этих мистических созданиях заключено энергии? И сколько нужно котов чтобы обеспечить энергией, скажем, Аргентину?
Берём калькулятор, заглядываем в Википедию, гладим кота и начинаем считать.
Е = mc^2
Е = mc^2 - самое известно уравнение в мире, согласно которому, нечто, обладающее массой, содержит огромное количество энергии. В 1кг массы вещества заключено 9*10^16 Дж энергии, что равно 25 ТВт·ч (тера 10^12 Ватт-часов). Именно столько электроэнергии потребляет в год Азербайджан.
В среднестатистическом 5кг коте заключено 4,5*10^17 Дж энергии, теоретически, хватило бы чтобы 1 год питать электроэнергией Аргентину.
Но как извлечь эту энергию?
На первый взгляд всё очень просто, надо столкнуть нашего кота с его копией из антиматерии, в таком случае 100% их общей массы перейдёт в энергию, этого хватит Аргентине уже на 2 года или Австралии на 1 год.
Но, те кто читает @sly1 на Хабре, наверняка знают, что во Вселенной антиматерия практически не встречается. Человечество же создало антиматерии пока очень и очень мало, считанные нанограммы. Проблема заключается в эффективности и стоимости производства и хранения антиматерии. Для создания 1 грамма антиматерии потребуется примерно 25 миллионов миллиардов кВт·ч энергии, а стоимость её составит более миллиона миллиардов долларов.
Поэтому мы рассмотрим более доступные способы извлечения энергии из кота:
1) химические реакции;
2) ядерные реакции;
3) мощная гравитация.
1) Химические реакции
Сразу скажу, что сжигать котов мы не будем, потому что при этом очень мало массы переходит в энергию. Например, при реакция кислорода с водородом, конечные продукты реакции, т.е. та масса которая не перешла в энергию, весят всего на 0,0000000005 грамма меньше начальной массы реагентов.
Это говорит о том, что эффективность преобразования массы в энергию при химической реакции составляет жалкие 0,000000001%.
Такими темпами Аргентина за год изведёт 10 миллиардов котов!
2) Ядерные реакции
Ядерные реакции намного эффективнее преобразуют массу в энергию, но опять же не так хорошо как хотелось бы. Например, расщепление урана-235 на криптон и барий превращает в энергию лишь 0,08% массы урана.
А слияние атомов водорода в гелий, такая реакция протекает в Солнце, преобразует 0,7% массы водорода в энергию.
При таком раскладе Аргентина переведёт за год примерно 150 котов.
3) Мощная гравитация
И опять наши с вами любимые чёрные дыры в деле! Чёрная дыра - лучший способ преобразовать массу кота в энергию.
Звучит странно, ведь мы знаем, что ничто не может покинуть чёрную дыру, даже свет. Секрет эффективности чёрной дыры в том, что именно происходит с веществом пока оно падает, вращаясь вокруг чёрной дыры и всё сильнее приближаясь к горизонту событий.
Рассмотрим чуть-чуть подробнее.
Любой объект, попавший в любое гравитационное поле, ускоряется, тем самым наращивая кинетическую энергию, а при столкновении с чем либо преобразует энергию в тепло.
Если рассматривать планеты и звезды, то такой способ преобразования массы в энергию работает плохо. Например, объект, падающий на поверхность Земли высвобождает лишь 0,0000001% своей массы в виде энергии, что не намного лучше химической реакции.
Но у чёрных дыр есть одна уникальная особенность, масса чёрной дыры очень плотно упакована. Например, чёрная дыра, массой с Землю была бы всего 2 см в диаметре! Из-за этого, объекты падают в чёрную дыру дольше, а чем ближе объект к чёрной дыре тем сильнее притяжение и выше скорость падения.
Кинетическая энергия объекта, долетевшего до горизонта событий чёрной дыры, равняется примерно половине энергии, заключенной в его массе.
Но если объект продолжит падать в чёрную дыру и пересечёт горизонт событий, то вся его энергия будет уже недоступна для нас, она будет заперта внутри чёрной дыры.
Так как же преобразовать массу падающего объекта в энергию? Способ есть - нужно заставить его падать дольше и по спирали. При этом наш объект будет врезаться в другие объекты и разогреваться, рассеивая свою энергию в виде инфракрасного излучения, а значит он будет терять массу и замедляться, постепенно опускаясь всё ближе к чёрной дыре, пока не достигнет внутренней стабильной орбиты. Именно такой процесс происходит в аккреационных дисках чёрных дыр.
Но насколько эффективен будет такой способ преобразования массы в энергию?
Для невращающейся чёрной дыры внутренняя устойчивая круговая орбита в 3 раза выше горизонта событий. Объекту, чтобы опуститься до уровня этой орбиты, придётся преобразовать около 6% своей массы в излучаемую энергию. Если объект и дальше продолжит терять массу он неминуемо упадёт в чёрную дыру и, опять же, его оставшаяся энергия будет для нас потеряна.
При 6% эффективности преобразования массы в энергию всего 17 котов могли бы питать электроэнергией Аргентину целый год.
Но есть ещё более эффективный способ - это вращающиеся чёрные дыры. Они намного сильнее искривляют пространство-время и буквально тянут объекты на орбите за собой в направлении вращения. Внутренняя стабильная орбита гораздо ближе к чёрной дыре и зависит от скорости её вращения.
Для очень быстрой чёрной дыры внутренняя устойчивая круговая орбита совпадает с горизонтом событий, а сам горизонт событий у таких дыр в 2 раза ближе чем у невращающихся. Таким образом, вращающаяся чёрная дыра преобразует до 42% массы падающего в неё вещества в энергию.
При такой эффективности всей Аргентине понадобится всего 2,5 падающих по спирали кота в год.
Итак, если вы хотите применить уравнение Е = mc^2 на практике, не утруждайте себя химическими реакциями, расщеплением ядра или ядерным синтезом, просто закиньте кота в чёрную дыру.
P.S.: Спасибо всем кто читает, подписывается, ставит "+" и поддерживает рублем (https://pay.cloudtips.ru/p/9c59405f). Всем хорошего настроения и удачного дня! Ещё увидимся.
