Kann man schwarze Löcher zur Energiegewinnung nutzen? – Teil 2

Im gestrigen Aufsatz habe ich erläutert was man bisher über schwarze Löcher weiß und das nicht alle schwarzen Löcher wirklich schwarz sind, sondern kleine schwarze Löcher wieder Energie abgeben. Die Nutzung von schwarzen Löchern zur Energiegewinnung wird wohl für absehbare Zeit aber Utopie bleiben – zumindest was schwarze Löcher angeht, die natürlichen Ursprungs sind. Das nächste schwarze Loch aus einer Sternenleiche, das wir kennen, ist immerhin noch rund 1000 Lichtjahre entfernt – das ist doch eine sichere Distanz, aber auch unerreichbar. Und ob es die von Hawking propagierten Minilöchern gibt, ist offen und wenn, dann weiß keiner, wie man eines entdecken kann (sie sind so klein, dass auch ihre Gravitationskraft klein ist).

Nun gibt es aber noch künstliche schwarze Löcher. Nach der speziellen Relativitätstheorie kann ein schwarzes Loch jeder Größe entstehen, wenn auf kleinstem Raum genügend Materie oder Energie zusammen kommen. So gab es nicht wenige Befürchtungen, dass der neue Beschleunigerring beim CERN zahllose schwarze Löcher erzeugen kann, da zwei Teilchen wenn sie nach Durchlaufen des Beschleunigerrings zusammenprallen schon genügend Energie haben um eines zu bilden.

Wie im ersten Teil erläutert, gibt aber ein schwarzes Loch um so schneller Energie ab, je kleiner es ist. So rechneten Lee Chen und Walter McDurben als die Gerüchte aufkamen, dass es im CERN schwarze Löcher erzeugt werden würden vor, dass die im CERN erzeugten Schwarzen Löcher im Mittel eine Lebensdauer von 3,4 Pikosekunden haben und in dieser Zeit bewegen sie sich gerade einmal 1 mm weit und sind beim Zerfall noch innerhalb des Detektors. Damit ist das Thema eigentlich erledigt. Doch nicht für alle. Einige Personen fragten nach, was wohl passieren würde, wenn durch ein Erdbeben Materie in den Detektor gelangen würde. Nun die offensichtliche Antwort ist, dass dann der Weg im Ring blockiert ist und damit auch die Beschleunigerstrecke. die Teilchen würden also nicht die Energie erreichen die man braucht um ein schwarzes Loch zu bilden.

Chen(McDurben lies die Frage aber keine Ruhe, gäbe es nicht die Möglichkeit die Lebensdauer des Lochs zu vergrößern, sodass man tatsächlich ein schwarzes Loch erzeugen kann, das wachsen kann? Es geht mindestens 500 mm Strecke bis zur Detektorwand, also die 500-fache Lebensdauer zu überbrücken. Ein bisschen mehr Lebensdauer liefert die Statistik. Die 3,4 Pikosekunden sind nur die mittlere Lebensdauer. Einige schwarze Löcher können beträchtlich länger leben, aber selbst wenn man den Beschleuniger so lange betrieben würde, wie die Erde alt ist, würde kein einziges Schwarzes Loch die 500-fache mittlere Lebensdauer erreichen.

Eine Möglichkeit die Chen sah, war dass es Dreifachkollissionen gibt. die dort erzeugten Löcher leben erheblich länger, aber Deifachkollissionen auch extrem selten. McDurben ging einen anderen Weg. Was wäre, wenn das schwarze Loch weitere Teilchen aufnahmen würde, wie z.B. Lichtteilchen oder Elementarteilchen. Licht, das zeigte sich, reicht nicht aus. Selbst Gammastrahlung hat zu wenig Energie um das schearze Loch schnell genug wachsen zu lassen. Anders sieht es bei der Absorption eines Protons oder Neutrons. Da der Beschleuniger schon belegt ist mit der Erzeugung der Teilchen-Antiteilchen müssen diese von woanders kommen. Eine 50 cm dicke Schicht rund um den Detektor aus 20% Uran-235 in 80% Uran 238 wäre einerseits so stabil, dass keine Kernspaltung stattfindet. Andererseits emittiert sie so viele Neutronen, das jedes 5-Millionste schwarze Loch ein Neutron aufnimmt, bevor es zerfällt. Dieses verlängert die Lebensdauer so sehr, das jedes 37900-ste deiser Löcher ein weiteres Neutron aufnehmen kann, bevor es verdampft. Jedes 789-ste kann noch ein drittes Neutron einfangen. Danach ist die Lebensdauer erheblich höher als die Wahrscheinlichkeit ein weiteres Neutron aufzunehmen, kurzum, man hat ein schwarzes Loch das genügend stabil ist bis es auf die Behälterwand trifft. Dort in einem Atomverbund kann es schnell weiter wachsen, wird dabei aber auch immer langsamer, da die Masse zunimmt, die anfängliche Beschleunigungsenergie sich auf immer mehr Masse verteilt.

Nun wird die Gravitationskraft übermächtig und würde das schwarze Loch zum Erdmittelpunkt ziehen. Wie es dort weitergehen würde, wurde leider nicht durchgerechnet, denn das war nicht die Aufgabe. Aber es gibt zumindest in der Theorie eine Möglichkeit ein stabiles schwarzes Loch zu erzeugen. Würde man den Detektor mit der entsprechenden Neutronenquelle umgeben, so würde man rund 27 solche Ereignisse pro Tag beobachten. Wie schon gesagt, theoretisch, denn es gibt derzeit keine Neutronenquelle. Chen/Mc Durben machten sich Gedanken ob man diese schwarzen Löcher nicht zur Forschung nutzen könnte. Die Lebensdauer sollte daher so hoch sein, dass man sie untersuchen kann, aber sie nicht weiter wachsen können. Das geschieht am besten indem man dafür sorgt, dass sie nur begrenzt an Masse zunehmen und dann einen weiteren Massegewinn verhindert. Sie gewinnen an Masse wenn sie Materie durchqueren und sie verlieren Masse wenn sie im Vakuum sind.

Die Idee war nun anstatt des Detektors eine dünne Stahlröhre am Treffpunkt der Teilchen zu montieren. die Windstärke muss dünn sein um ein zu hohes Wachstum des schwarzen Lochs zu verhindern und andererseits braucht man bis zur Kollision in der Röhre ein vollständiges Vakuum, die Wand muss also stabil genug sein um nicht durch den Ausgedruck von 1 Bar zu kollabieren. Eine 0,12 mm stark Stahlwand erfüllt diese Bedingungen. Beim passieren einer so starken Stahlwand steigt die Lebensdauer des Schwarzen Loches auf 3 Sekunden und es verlangsamt sich durch den Materiezuwachs von Lichtgeschwindigkeit auf 12 m/s. Eine 50 m große Vakuumkammer wäre groß genug um es vollständig verdampfen zu lassen bevor es wieder auf die Kammerwand trifft. auch wenn es nach unten sinkt durch die Erdbeschleunigung.

In den drei Sekunden könnte man das schwarze Loch bzw. seine Emissionen im kurzwelligen Gammabereich studieren. Das schwarze Loch wird einen rund 3,4 Mikrometer dicken Kanal in das Rohrreisen schlagen und in seiner Lebenszeit eine Energie von 1,7 MW abgeben. Damit ist man noch weit weg von einer wirtschaftlichen Nutzung der schwarzen Löcher, denn bei 27 dieser Ereignisse pro Tag sind das im Mittel nur 0,53 KWh, weitaus weniger als das CERN selbst an Energie verbraucht. Es wäre aber erstmals möglich schwarze Löcher in Situ zu studieren. Der Aufwand ist aber groß, man müsste eine Kaverne von 100 m Durchmesser in den Fels sprengen, dorthin das rohe verlegen und mit rund 5 t mittelstark angereichertes Uran um die Röhre verlegen. Das würde Milliarden kosten und ist wahrscheinlich unfinanzierbar. Selbst dann wird man die Energie der schwarzen Löcher nicht nutzen können. Da die einzige Kraft die sie beeinflusst die Gravitationskraft ist kann man keine synthetisieren die eine lange Lebensdauer haben. Sie würden sonst zum Erdmittelpunkt absinken. Die Energiefreisetzung von ganz kleinen Löchern ist aber zu gering und erfolgt in form von kurzwelliger Gammastrahlung. Um diese vollständig zu absorbieren braucht man sehr viel Materie die sich wiederum zu gering erwärmen würde als das man dies technisch nutzen könnte.

So bleibt die Energieerzeugung aus schwarzen Löchern wohl ein Traum.

2 thoughts on “Kann man schwarze Löcher zur Energiegewinnung nutzen? – Teil 2

  1. Schwarze Löcher haben neben Masse und Impuls auch noch eine Ladung. Wenn man sie also mit Elektronen füttert werden sie eine starke negative Ladung annehmen.
    Dadurch könnte man sie in entsprechenden Elektrostatischen bzw. Magnetischen Fallen festhalten ohne das sie zum Erdmittelpunkt absinken.
    Sicherheitshalber sollte man solche Experimente jedoch besser ein bisschen weiter von der Erde weg veranstalten. Wenn was schief geht (was bei AKW ja ab und an vorkommt) wäre das Ergebnis recht apokalyptisch.
    Im Asteroidengürtel sollte jedoch nicht allzu viel passieren, selbst wenn mal was schief gehen sollte.

  2. Man sollte vielleicht noch dazu sagen, dass im CERN überhaupt nur dann schwarze Löcher erzeugt werden könnten, wenn sich die Annahme der Stringtheorie bestätigt, dass es in Wirklichkeit zehn Dimensionen gibt, von denen sechs freilich kompaktifiziert sind. Denn nur, wenn es diese Extra-Dimensionen gibt und diese Extra-Dimensionen trotz Kompaktifizierung ausreichend langreichweitig sind (mind. etwa ein Atomkerndurchmesser) wäre die Gravitation überhaupt stark genug, um nach einem Volltreffer im CERN, bei dem zwei Bleiatome direkt aufeinander stoßen, das entstandene Quark-Gluonen-Plasma zu einem schwarzen Loch zu binden.

    Käme es im CERN zur Bildung von schwarzen Löchern, würde das extrem auffällige Detektorsignale erzeugen, denn die zu einem schwarzen Loch vereinigten Teilchen kommen ja nicht wieder aus diesem raus, sondern stattdessen die Hawking-Strahlung. Dass wir bisher nichts von schwarzen Löchern gehört haben, ist natürlich ein starker Dämpfer für die spezielle String-Theorie, die diese vorhergesagt hat.

    In den letzten Jahren hat m.E. die String-Theorie zu recht an Einfluss verloren, und andere Ansätze (u.a. Schleifenquantengravitation und Modifizierte Newton’sche Dynamik, kurz MoND) erhalten verstärkte Aufmerksamkeit. Die alle sagen für CERN keine schwarzen Löcher voraus!

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

Diese Website verwendet Akismet, um Spam zu reduzieren. Erfahre mehr darüber, wie deine Kommentardaten verarbeitet werden.