庫格爾布利茨引擎,由光構成的黑洞提供能量

2020-12-24 老胡說科學

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一名藝術家的表演展示了一艘未來派的飛船,載著一個人類殖民地前往一個新的恆星系統。這些星際飛船的動力可能來自於kugelblitz引擎。「庫格爾閃電戰」的想法帶有一定的諷刺意味。這個神秘的外來詞指的是一個看似弄巧成拙的過程產生的黑洞。以高能伽馬射線形式存在的大量光集中在一個比質子還小的空間裡。高濃度的輻射與高濃度的物質有同樣的效果。也就是說,它產生了令人難以置信的密度和引力,也就是我們所說的黑洞。但它是一個由光構成的黑洞——一個吞噬其創造者的創造物。

由於能量和質量之間的關係,這種黑洞在理論上是可能存在的。簡單地說,它們可以被認為是可互換的,而重力本身並不能區分這兩者。這個著名的關係曾在e = mc展示了能量存儲在質量中。如果一個傳統的黑洞只不過是從一個恆星坍縮擠到一個非常小的空間區域裡的足夠多的物質,那麼就沒有理由認為能量不會產生與黑洞相同的旋轉的球形物體。即使是最小的黑洞也包含了大量的能量。也許足夠為未來的星際飛船提供動力,讓它們通過外星系統和外星星球航行。

由於伽瑪射線在電磁波譜中波長最短,所以它是最具能量和最強大的光。因此,它們是由宇宙中一些更暴力、更奇異的事件產生的。宇宙中最明亮的事件是伽馬暴。這幅藝術家的印象展示了左邊的白熱的伽馬暴,它穿過了早期宇宙中的兩個星系。在使用雷射將光集中到一個微小的空間區域之後,會有一個預期的時刻。

所需的光脈衝相當於太陽1/10秒的輸出。這比我們今天所能做到的任何事情都要強大數十億倍。但無論如何,這不是不可能的。這種期待來自於在陽光下看到的巨大的耦合——黃色或玫瑰色的卷鬚照亮了地球,但它們同時也提供了無處不在的熱量。在聚集光來製造kugelblitz的過程中,我們也會在大爆炸後的幾分之一秒內,將該區域的溫度加熱到甚至超過宇宙的溫度。它將超過1.417×10^32開爾文。在這種極端的情況下,我們不知道會發生什麼。我們所知道的物理定律可能存在,也可能不存在,這意味著我們所追尋的黑洞可能存在,也可能不存在。

如果我們成功了,那麼黑洞將在未來的五年裡繼續存在,不斷發出美麗的霍金輻射,為我們未來的星際飛船提供燃料。儘管黑洞比原子還小,但其重量將超過70萬噸,在其短暫的生命周期內將釋放出數百兆瓦的能量。

利用黑洞進行星際旅行的另一種方法叫做「光暈驅動」。在這種情況下,船將利用一個雙黑洞系統來推動它前進。宇宙飛船不需要燃料;相反,環繞黑洞的雷射束會帶著額外的能量回來,將宇宙飛船推入相對論速度。雷射將在黑洞周圍形成一個壯觀的光環。一位藝術家的印象展示了太空中的雙黑洞系統。天體物理學中心的Jeffrey S. Lee在一篇論文中建議在kugelblitz周圍使用戴森球。捕獲的能量將使一艘船加速到令人難以置信的72%的光速。球體的概念起源於60年代,當時物理學家弗裡曼·戴森設想了一種圍繞恆星的可吸收外殼。這種先進的外殼將能夠收集大量的輸出能量——比如太陽每秒釋放的一萬億顆核彈的能量。但要做到這一點,必須取得一種微妙的平衡。戴森球是一個精緻的創造。材料必須是吸收性的,但重量輕,易接觸,但耐用,這樣它就不會因為暴露在輻射中而融化。

霍金輻射使kugelblitz駕駛可行,但也很危險。20世紀50年代,理論物理學家約翰·惠勒在一篇論文中提出了kugelblitz的奇怪想法,但直到幾十年後,史蒂芬·霍金提出黑洞輻射時,我們才開始將其視為星際旅行的可能引擎。經過足夠長的時間尺度,黑洞會蒸發——也就是說它們不是真正的黑色。它們充滿了中微子、光子和其他粒子的輻射,這些粒子會飄散並使黑洞的質量減小。我們通常觀察到的超大質量黑洞是飢餓的、躁動的生物,它們的霍金輻射迄今為止一直被星際氣體雲所遮蔽。

但較小的黑洞具有更強的輻射能力,其代價是它們持續的時間要短得多。例如,原始宇宙的黑洞從一開始就已經完全消失了,如果他們任何小於10g。一旦一個黑洞輻射的速度比它可以維持它的大小,它從時空完全消失。

李還研究了戴森帽的想法,這將是一個更小的部分,整個戴森領域。小心地放置在船的前部,並有一個特定的厚度提供最有效的吸收和加速,鈦帽將需要超過19英裡,以避免融化。戴森球體像一個拋光的外殼一樣包裹著黑洞。能量被轉移到星際飛船的熱引擎,因為它滑行通過廣闊而寒冷的宇宙。任何數量的星星現在都在船員的範圍內。很難說,如果有的話,什麼聲音會來自黑洞和它的外殼。它是一種亞原子機制,旋轉著、吞噬著、蒸發著,但我們對它知之甚少,根本不能確定它會發出任何噪音。也許是星際飛船那顆寧靜的心,什麼也不給。它消失在車輛金屬的咔噠聲和嘎吱聲中,消失在船員們的談話中,他們的臉看著我們的同類接近一個嶄新的太陽。

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