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Künstliche Schwarze Löcher als Energiequelle?

Schwarze Löcher, wohl die mysteriösesten Objekte im All: Entstehung, Geometrie, Dynamik, Quantenaspekte
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Künstliche Schwarze Löcher als Energiequelle?

Beitrag von seeker » 9. Sep 2012, 10:32

Ich hatte gestern eine verrückte Idee:

Nehmen wir an, man könnte zukünftig (z.B. mit der nächsten Beschleunigergeneration oder evtl. auch schon am heutigen LHC) künstliche Mini-SL erzeugen.
Damit nicht alle gleich wieder verdampfen müsste man mindestens eines davon vorher schnell genug füttern, damit es etwas wächst und so eine halbwegs zeitstabile Größe bekommt (siehe Hawkingstrahlung).
Als nächstes oder gleichzeitig könnte man so ein SL etwas elektrisch aufladen, indem man es z.B. mit Elektronen füttert.
Ein geladenes Mini-SL wiederum sollte in einem EM-Käfig einschließbar und somit handhabbar sein.

Hätten wir damit nicht eine ideale Energiequelle um z.B. interstellare Raumfahrt betreiben zu können? Man müsste ein mit EM-Feldern gefangenes, kontrollierbares Mini-SL ja nur kontrolliert mit Materie füttern... die dadurch erzeugbare Energiemenge wäre enorm, praktisch unbeschränkt.
Außerdem hätten wir damit leider auch die ultimative Waffe in der Hand...

Frage: Wäre so ein Konzept theoretisch denkbar oder gibt es prinzipielle Einwände/ unüberwindbare Hürden?

Beste Grüße
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Re: Künstliche Schwarze Löcher als Energiequelle?

Beitrag von gravi » 9. Sep 2012, 20:03

Kann ich mir nicht vorstellen, dass dies funktionieren könnte.
Das Problem ist doch in erster Linie, dass solch ein Mikro-SL nur eine extrem kurze Lebensdauer hat. Es dürfte daher schwierig sein, es zu "füttern"...

Dazu dann auch, es in einem EM- Feld zu halten. Es würde schließlich das Feld (virtuelle Photonen) aufsaugen und damit zerstören. Meine ich...

Gruß
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Re: Künstliche Schwarze Löcher als Energiequelle?

Beitrag von Timm » 9. Sep 2012, 20:53

Wenn Du das Miniloch fütterst, wächst es. Mir ist nicht klar, wie damit ein Raumschiff angetrieben werden soll.

Gruss, Timm

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Re: Künstliche Schwarze Löcher als Energiequelle?

Beitrag von Skeltek » 10. Sep 2012, 07:49

Du kannst ein SL nicht zu stark "laden". Das Verhältniss von maximaler Ladung pro Masse wird bestimmt von dem Kräfteverhältniss von elektrischer zu gravitativer Kraft pro zu fütterndem Teilchen.
Außerdem kriegt das Mini-SL pro fütterung einen praktisch nicht vorherzusehenden Impuls in eine zufällige Richtung, was seine Einkerkerung ziemlich erschweren würde...

aber zum Thema Stabilität:
Vielleicht kannst du ab einer bestimmten Mini-SL Dichte in einem Raumsegment die SLs in der Mitte langelebiger machen; du brauchst nur entsprechend viele davon dicht beieinander. Wie wir ja anhand der Formel alle wissen nimmt die nötige Dichte für einen gemeinsamen EH mit zunehmender Menge auch ab.
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Re: Künstliche Schwarze Löcher als Energiequelle?

Beitrag von seeker » 10. Sep 2012, 10:12

Timm hat geschrieben:Wenn Du das Miniloch fütterst, wächst es. Mir ist nicht klar, wie damit ein Raumschiff angetrieben werden soll.
Erst einmal braucht man eine effiziente Energiequelle; das ist die Grundvoraussetzung für einen Antrieb. Ein Mini-SL könnte diese zur Verfügung stellen:
Bei sehr kleinen SL hat man die Hawking-Strahlung (die dort enorm groß wird), bei etwas größeren die ganz normale Energieabstrahlung durch Aufheizung der einfallenden Materie (Reibung).
Beide Prozesse sollten einen enorm hohen Wirkungsgrad bei der Energieausbeute pro eingesetzter Masse haben. Außerdem könnte man nach der Stabilisierung beliebige Materie als Energiequelle nutzen, also auch Müll.
gravi hat geschrieben:Das Problem ist doch in erster Linie, dass solch ein Mikro-SL nur eine extrem kurze Lebensdauer hat.
Das ist richtig. Ich sehe da zwar große technische Herausforderungen aber keine Unmöglichkeiten. Man muss halt schnell sein beim Füttern. Man könnte auch sehr viele Mini-SL erzeugen... es reicht ja dann schon aus, wenn man ein einziges davon zufällig stabilisieren kann.
Skeltek hat geschrieben:Außerdem kriegt das Mini-SL pro fütterung einen praktisch nicht vorherzusehenden Impuls in eine zufällige Richtung, was seine Einkerkerung ziemlich erschweren würde...
Mag sein. (Ganz so zufällig aber nicht, wenn man gerichtete, langsame Elektronenstrahlen darauf abscchießt, evtl. auch von verschiedenen Seiten -> stochastisches Mittel des Impulses.) Aber auch da gibt es bestimmt Möglichkeiten. Man muss das einschließende Feld halt entsprechend groß und stark gestalten oder zunächst nur ein einziges SL von vielen "fangen". Ist so ein Mini-SL erstmal stabilisiert (-> Mindestmasse, kleiner Impuls, Mindestladung) sollte es viel einfacher zu handhaben sein. Ich sehe auch hier große Herausforderungen aber keine prinzipielle Unmöglichkeit.

Beste Grüße
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Re: Künstliche Schwarze Löcher als Energiequelle?

Beitrag von gravi » 10. Sep 2012, 19:30

Unmöglich ist eine Sache erst, wenn alle erdenklichen Möglichkeiten ausgeschöpft sind und versagen.

Ich sehe allerdings wirklich extrem große Probleme in der Handhabung: Mal eben ein paar Mini- SL's im LHC erzeugen ist ja bereits nicht einfach. Diese dann zum Raumschiff rübertragen erst recht nicht. Ich sehe derzeit kein Feld, in welchem man sie fesseln könnte.

Du hast natürlich Recht, das wäre die ideale Energiequelle für einen Raumschiffantrieb. Da aber Mikro- und Mini- SL's nur eine sehr kurze Lebensdauer haben, müsste man schon sehr flott sein mit der Fütterung.
Ich würde mir also besser ein etwas größeres einfangen - das ist stabil und kann ganz bequem gefüttert werden - ja, auch mit allem Dreck der so anfällt. Das SL wird dann die Materie mit einem hübschen Wirkungsgrad in Energie umwandeln.

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Re: Künstliche Schwarze Löcher als Energiequelle?

Beitrag von deltaxp » 11. Sep 2012, 17:44

wenn es gelänge es stabil zu lagern und man ein gleichgewicht zwischen massezufuhr und masseverlust durch hawkingstrahlung erzeugt und diese nutzt, um auf auf "klassische art" energie zu erzeugen über wärme->strom oder was, wieso nicht.

aber man muesste das mal genau nachrechnen.
es darf nicht zu leicht sein, weil lebensdauer zu kurz, ich nehme an über 1000 tonnen oder so müsste schon sein.

mit eventuell in beschleunigern erzeugten schwarzen löchern wirst du da nicht sehr weit kommen. die kannst du nicht so einfach füttern, da deren wirkungsquerschnitt im planklängenbereich sau klein ist. genau das ist ja das argument, dass die erde save ist, falls am lhc minilöcher erzeugt werden.

die zerstrahlen in keine ahnung sekunden oder was. das heisst, du müstest in einer so kleinen zeitskala das ding mit 1000 tonnen füttern im planklängen-bereich dazu extrem genau "zielen" wobei wir ja noch die heisenbergsche unschärferelation relation haben, die dem unterfangen durch entsprechend hohe impulsunschärfe dem unterfangen nicht gerade freundlich gesonnen ist.

ich wüsste keinne technische möglichkeit derartiges zu beewerkstelligen. bleibt also nur, dass du einen klumpen von 1000 tonnen nimmst und den zusammendrückst. nur womit, weil dass womit du es zusammenpresst lässt sich natürlich nicht mit unser materie machen, da du ja letzlich das ding über neutronsternen dichte zusammdrücken willst, das macht den werkzeug bestimmt nicht allzulange mit :) vielleicht über strahlunng. aber was muss das für ne power rein... aber auch hier rennst du wieder in qm-unschärfeprobleme, impulse ohne ende, wird sehr energiegeladen die angelegenheit.

also ich stell mir das technisch sehr schwer vor. aber wer weiss wohin sich die technik noch entwickeln wird.

und wie war die antwort auf die frage bei einem startreck-konvention: wie den der heisenberg-kompensator beim beamen funktioniert? ". "sehr gut, danke"
Zuletzt geändert von deltaxp am 11. Sep 2012, 20:29, insgesamt 1-mal geändert.

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Re: Künstliche Schwarze Löcher als Energiequelle?

Beitrag von gravi » 11. Sep 2012, 19:52

Ich nehme mal an, dass es nur über die Hawking- Strahlung nicht funktionieren würde. Kleine SL's zerfallen zwar sehr schnell und emittieren eine Menge an höchst energetischer Gammastrahlung - aber die liefert dann nur einen kurzen Antriebsimpuls mit nur schwachem Schub (von Photonen ist da nicht allzu viel zu erwarten) - und aus ist's mit dem SL.

Da müsste man schon ein größeres einfangen, so eines mit Akkretionsscheibe. Wenn man die füttert, erzeugt sie nicht nur elektromagnetische Strahlung sondern auch einen Partikelstrom. Den durch eine Düse gelenkt - das macht dann schon ordentlich Dampf. Besser noch wäre es, man würde einen Jet erzeugen - dann fliegt man in Nullkommanix zur Wega - oder so...

Gruß
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Re: Künstliche Schwarze Löcher als Energiequelle?

Beitrag von seeker » 11. Sep 2012, 22:54

Das mit dem Antrieb bekäme man schon irgendwie hin, wenn erstmal eine unerschöpfliche, starke Energiequelle zur Verfügung stünde, da mach ich mir weniger Sorgen.
...und jetzt wird es interessant:

Ich hab jetzt mal ein wenig recherchiert:
Meine Idee ist leider schon in ähnlicher Form patentiert, jedoch nicht von irgend nem Dödel, sondern von einem am Cern beteiligten Professor (Prof. Horst Stöcker, Uni Frankfurt)!

Das Ding nennt sich "Relikt Konverter".
Sollte es die vorhergesagten Mini Schwarzen Löcher geben, hat Prof. Horst Stöcker sich bereits ihre mögliche Anwendung als "Relikt-Konverter" zur Energiegewinnung nach Einsteins berühmter Formel E=mc2 bereits patentieren lassen. Der Konverter bestünde aus dem Relikt eines Schwarzen Lochs, das einen Strahl von niederenergetischen Hadronen (Protonen, Neutronen oder ganze Kerne) in Hawking-Strahlung umwan-deln könnte. Dieser Prozess würde mit einer Umwandlungs-effizienz von etwa 90 % ablaufen, da nur die produzierten Gravitonen und Neutrinos nicht in nutzbare Energie überführt werden könnten. Das heißt, falls die Erzeugung von stabilen Relikten am LHC gelingt, könnte der gesamte Energiever-brauch der Erde (zirka 1021 Joule) mit nur zehn Tonnen willkürlichen Materials in diesen Konvertern erzeugt werden!

Lesen Sie mehr dazu in der neuen Ausgabe von "Forschung Frankfurt". Kostenlos anfordern: presse@uni-frankfurt.de
http://idw-online.de/pages/de/news191278

Die Crux dabei ist folgende:

Nach gewissen Stringtheorien könnte es sein, dass Mini-SLs nicht völlig per Hawkinkstrahlung zerstrahlen, sondern ab einer gewissen, geringen Masse stabil bleiben und soganannte "Relikte" bilden:
Sind »mini black holes« stabil?

Die Frage, ob die »mini black holes« stabil sind oder
rasch zerfallen, ist theoretisch noch nicht geklärt: Der
bekannte britische Physiker Stephen Hawking hat vor
drei Jahrzehnten vorhergesagt, dass Schwarze Löcher
durch einen quantenmechanischen Vorgang zerfallen
sollten, und zwar durch die Hawking-Strahlung /4/.

Dieser Zerstrahlungsprozess der mikroskopischen Schwarzen
Löcher läuft mit der Hawking-Temperatur ab, die
umso größer ist, je kleiner das Schwarze Loch ist. Für
»mini black holes« läuft nach der Hawking-Formel der
Zerstrahlungsprozess also ungeheuer rasch ab.

Unsere Arbeitsgruppen haben aber gezeigt, dass die
Hawkingschen Rechnungen nur für extrem große
Schwarze Löcher anwendbar sind. Wird das Schwarze
Loch durch die Strahlung immer leichter, fällt seine
Masse also unter 1000 Protonenmassen, kann es aufhören
zu strahlen. Zurück bleibt dann ein stabiles Relikt
(englisch »relic«)/5/.
Diese »relics« sind möglicherweise
eine neue, stabile Klasse von Elementarteilchen, die im
Zwischenbereich von Gravitation und Quantenphysik
anzusiedeln sind. Durch den Proton-Proton-Stoß sind
die »relics« mit zirka 70 Prozent Wahrscheinlichkeit
elektrisch geladen /6/. Wegen ihrer großen Masse werden
die »relics« im Magnetfeld nur wenig abgelenkt
und sind daher im Experiment leicht unter den anderen
in der Kollision produzierten Teilchen zu identifizieren.
http://www.forschung-frankfurt.uni-fran ... -Labor.pdf
(Es lohnt sich das ganze verlinkte PDF zu lesen.)

Also wenn sich DAS als wahr herausstellen sollte und ein gangbarer technischer Weg gefunden werden kann um das auszunutzen, dann bekäme so manches eine ganz neue Wendung!
Es ist für mich immer wieder spannend zu sehen, dass sich dann doch immer wieder überraschende Chancen auftun gewisse Probleme zu lösen, an die vorher einfach noch nicht einmal gedacht werden konnte.
Da soll noch mal einer herkommen und behaupten dieses und jenes sei für alle Zeiten tausend-prozentig ausgeschlossen!

Na ja, auf der anderen Seite: Ganz ungefährlich scheint diese Sache dann auch nicht zu sein...

Beste Grüße
seeker
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Re: Künstliche Schwarze Löcher als Energiequelle?

Beitrag von Skeltek » 12. Sep 2012, 10:36

seeker hat geschrieben:
Skeltek hat geschrieben:Außerdem kriegt das Mini-SL pro fütterung einen praktisch nicht vorherzusehenden Impuls in eine zufällige Richtung, was seine Einkerkerung ziemlich erschweren würde...
Mag sein. (Ganz so zufällig aber nicht, wenn man gerichtete, langsame Elektronenstrahlen darauf abscchießt, evtl. auch von verschiedenen Seiten -> stochastisches Mittel des Impulses.) Aber auch da gibt es bestimmt Möglichkeiten. Man muss das einschließende Feld halt entsprechend groß und stark gestalten oder zunächst nur ein einziges SL von vielen "fangen". Ist so ein Mini-SL erstmal stabilisiert (-> Mindestmasse, kleiner Impuls, Mindestladung) sollte es viel einfacher zu handhaben sein. Ich sehe auch hier große Herausforderungen aber keine prinzipielle Unmöglichkeit.

Beste Grüße
seeker
Und wie willst du exakt bestimmen, in welchem Winkel und aus welcher Richtung die Elektronen in den EH des Mini-SLs eintauchen? Die geraten in die Nähe, fliegen noch ne halbe oder paar Bahnen drumrum und geben je nach Eintrittspunkt einen massiven Schubs in eine bestimmte Richtung.

Achja dachte ich, die Teile wären nur deshalb sicher, WEIL sie sehr schnell völlig zerstrahlen.
Außerdem ist nicht das Volumen des gemeinsamen EHs sondern der Radius des gemeinsamen EHs abhängig von der Masse...
Generierst du 10000 Mini-SLs im Beschleuniger auf engem Raum, ist das Volumen des gemeinsamen EHs ca 10^12 mal größer als bei einem einzelnen...
Einzeln sind die Dinger sicher fast wie ein Uranatom völlig harmlos...
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Re: Künstliche Schwarze Löcher als Energiequelle?

Beitrag von seeker » 12. Sep 2012, 11:40

Es ist doch recht egal in welchem Winkel so ein Teilchen letztlich verschwindet.
Entscheidend ist die Impulserhaltung, das bedeutet:

p(vorher) = p(nachher)

also:

p(SL) + p(entferntes Teilchen) = p(SL+ absorbiertes Teilchen)
(Das ist vektoriell zu sehen!)

Das bedeutet auch, dass ein Impulsaustausch auch schon vor dem Verschwinden des Teilchens stattfindet.
Wenn man das einfallende Teilchen mit geringem Impuls (also langsam) nahe an das SL bringt ist der Impulseintrag nicht so groß.
Je mehr Masse das SL hat, desto träger wird es sich auch verhalten.

Edit:
Sketek hat geschrieben:Achja dachte ich, die Teile wären nur deshalb sicher, WEIL sie sehr schnell völlig zerstrahlen.
Ja, ich auch... Es ist ja nicht sicher, dass Relikte überhaupt existieren aber offensichtlich auch nicht ausgeschlossen ...und wenn man dann noch bedenkt, dass am Cern theoretisch zu einem geringen Prozentsatz auch langsame Mini-SL erzeugt werden könnten (die also nicht in den Weltraum entfleuchen), dann stimmt das schon nachdenklich... doch Zauberlehrling?


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Re: Künstliche Schwarze Löcher als Energiequelle?

Beitrag von deltaxp » 13. Sep 2012, 14:20

das ist halt theoretisch nicht so ganz klar ob sie vökllig zerstrahlen. da streiten sich noch die geister. problem ist: hawkking hat das berechenet mit qft auf klassischer gekrümter raumzeit, sozusagen, das gravitation selbst keine quanteneffekte zeigt. wenn die teile aber irgendwann durch abstrahlung so klein geworden sind, dass die energie eines abgestrahltes quant einen deutlichen anteil an der gesamtmasse des min-sls trägt verträgt sich dass nicht mehr mit den getroffenen klassischen näherungen

eventuelle relicte würden die sachen einfacher machen.
impuzlserhaltung kann man evtl dadurch lösen, dass man von mehreren gegenüberliegen druff ballert.

ob freie relicte gefährlichwerden können müsste man nachrechnen.

denn auch wenn nicht strahlende relicte übrigbleiben, fangen sie ja wieder an zu strahlen wenn sie materie bekommen. und bei kleinen (auch 1000 pmassen ist sehr klein) strhalen sie die gewonnen materie sozusagen gleich wieder auf relic-niveau runter.

jetzt müsste man mal ausrechnen, wie hoch der gravitative wirkungsquerschnitt dieser dinger wäre. aber ich bezweifle dass die bei der kleinen grösse schneller fressen könnten als dass sie die energie wieder zum hypothetischen relic niveau abgeben.

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Re: Künstliche Schwarze Löcher als Energiequelle?

Beitrag von gravi » 13. Sep 2012, 19:33

Ich habe da mal eine Zwischenfrage:
Diese SL's zu erzeugen, dazu benötigt man ja verdammt große Energien, es gelingt vermutlich, wenn überhaupt, nur im Grenzbereich des LHC. Wäre es da nicht "einfacher", anstelle der Mikro- SL's Antimaterie zu produzieren?

Dass dies in der Praxis funktioniert wissen wir ja nun schon länger. Ich vermute auch, dass es "einfacher" sein dürfte, diese zu handhaben, evtl. in Magnetfeldern aufzubewahren. Mit ein paar Gramm dieses "Sprits" hätte man sicherlich einen sehr effektiven Raketenantrieb. Man könnte z.B. in eine Kammer ein Antiprotonengas einsperren und Protonen dort einspeisen.
Die gegenseitige Vernichtung würde Energien freisetzen, die einen Raumer sicherlich auf relativistische Geschwindigkeiten beschleunigen könnte...

Gruß
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Re: Künstliche Schwarze Löcher als Energiequelle?

Beitrag von seeker » 14. Sep 2012, 00:21

@gravi:
Der erhebliche Nachteil der Antimaterie ist halt, dass sie sich verbraucht, ein Relikt oder ein Mini-SL aber u.U. nicht: Einmal erschaffen könnte es (zumindest theoretisch) beliebige Energiemengen abstrahlen, so lange man es nur mit ganz gewöhnlicher Materie füttert.
Die Produktion von Antimaterie ist so ineffizient, dass es sich mit unserer derzeitigen Technik einfach nicht lohnt... und es ist derzeit auch keine Aussicht da, wie sich diese Situation ändern ließe.
Ich meine mich zu erinnern, dass man mit der derzeitigen gesamten Weltjahresproduktion an Energie nicht mal den Bruchteil eines Gramms an Antimaterie erzeugen könnte.

@deltaxp:
Man müsste das wirklich mal überschlagen. Ich vermute, dass ein freigelassenes, langsames Relikt zum Erdkern wandern und dort bleiben würde.
Man müsste also die dortigen Verhältnisse berücksichtigen, um herauszufinden ob und bei welcher Masse sich dort ein Gleichgewichtszustand einstellen würde.
Unaufhörlich Energie abstrahlen würde ein Relikt dort auf jeden Fall... es fragt sich nur, wie viel Energie -und ob es mit der Zeit immer weiter wächst oder nicht (wie du schon ausgeführt hast).

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Re: Künstliche Schwarze Löcher als Energiequelle?

Beitrag von gravi » 15. Sep 2012, 19:49

@seeker:
Ja, nee, is klar! Natürlich ist die Produktion von Antimaterie aus heutiger Sicht völlig illusorisch - zu energieaufwändig und zu ineffektiv.
Aber die Produktion, das Lagern und Handhaben von Mini- SL's ist sicher ebenfalls kein Kinderspiel.
Aus physikalischer Sicht ist vielleicht beides möglich, aus ökonomischer aber der absolute Horrortrip :wink:

Netten Gruß
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