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.

Источник 1

Источник 2

Источник 3