能源的利用是文明發展的重要標誌。目前,人類正致力於研究可控核聚變,它將為人類提供長久的、清潔的能源。不過,人類對能源的渴望是無止境的,科學家提出了在恆星周圍建造戴森球,以此來利用整個恆星的能源。不過,這種巨大的結構幾乎是不可能的,不死心的人類又提出了一種從黑洞提取能量的方法。
這種方法由諾貝爾物理學獎獲得者彭羅斯提出,因此也被稱為「彭羅斯過程」。旋轉的黑洞存在著能層,在能層內除了正常的軌道之外,還存在著負能的軌道。這些負能的軌道都是角動量為負的軌道,它們的轉動方向與黑洞的轉動方向相反。
如果一個物體落入黑洞的能層後裂成兩塊,其中一塊沿著負能軌道落入黑洞,另一塊逃逸出黑洞。由於能量守恆,逃逸的那一塊能量將會增大,這實際上就是提取了黑洞的旋轉能量。之後,黑洞的能層就會縮小,黑洞的能量和角動量也會減小。如果反覆施加這個過程,最後克爾黑洞會退化成不旋轉的史瓦西黑洞。
在該理論提出50年後,科學家用實驗證實了彭羅斯過程。雖然理論成真,但具體實施過程還是非常欠缺的。最近,哥倫比亞大學的天體物理學家提出了一種具體方法,可以高效地從黑洞中提取能量。
黑洞通常被帶有磁場的等離子顆粒包圍著。當磁場線以正確的方式斷開和重新連接時,它們可以將等離子體粒子在兩個不同方向上加速到接近光速,一部分等離子體流可能落入事件視界,而另一部分則逃逸出黑洞並提取了黑洞的能量。通過這種方法,只要黑洞保持吞噬負能量等離子體,理論上逃逸出的等離子流可以作為無限能量的來源。
事實上,還有一種提取黑洞旋轉能量的過程,它被稱為Blandford-Znajekek過程,它是圍繞量子力學發射霍金輻射的另一種方式。在該過程中,能量可以通過黑洞周圍的磁場以電磁方式提取。
與該過程不同的是,新方法的能量提取機制需要非零的粒子慣性,而Blandford-Znajekek過程旋轉能量的提取是通過純電磁機制獲得的。這種機制也不同於原始的彭羅斯方法,因為需要消散磁能來產生負能量粒子。此外,科學家通過計算還得出,這種等離子激發的過程可以達到150%的效率,遠高於地球上任何一座發電廠。