人類或成功掌握從黑洞提取能量的方法，英國科學家成功進行實驗

早在50多年前，人類可能就已經明白了高級文明的能量來源。

半個世紀後的2020年，人類可能成功重現了高級文明的能量來源。

從黑洞竊取能量

1969年，英國物理學家羅傑·彭羅斯提出了一種可以從黑洞中提取能量的方法。

我們都知道，黑洞存在一個叫做「視界」的結構，進入該結構後，物質就會被黑洞徹底吞噬。不過在視界之外，物質會隨著黑洞的旋轉環繞黑洞旋轉，就跟普通的星系一般。

當物質在靠近黑洞時，會穿越一個名為「靜止界限」的分界線。這條分界線位於視界之外，進入靜止界限的物質並不會馬上被黑洞吞噬，而是會以更巨大的速度環繞黑洞高速旋轉，因而具備龐大的旋轉能，所以靜止界限以內視界之外的地區也被稱為「貯能區」。

而彭羅斯正是看中了這些旋轉能。

他提出了一個機制，一個可以從黑洞中提取旋轉能的機制。就是可以將一個物體沿著黑洞旋轉相反的方向拋進黑洞，在物體墜入黑洞的途中會因為黑洞強大的潮汐力被分裂成兩半，其中一半墜入黑洞，另一半則會飛出「貯能區」。

由於物體是以黑洞旋轉方向相反的方向拋入黑洞，因此黑洞在捕獲物體時需要損失一部分旋轉能用以將物體的旋轉方向變成與自身一致，而這部分能量恰好會被拋出的一半攜帶並飛出貯能區。

通過回收這一半物體，便可利用它攜帶的能量。

不過單憑我的描述就能看出，這一工程規模極大，實施難度極高，提出者彭羅斯認為，或許只有非常先進的外星文明才能完成。

儘管彭羅斯的理論看起來十分震撼，但是它缺乏實際的可實驗能力，人類沒有能力驗證它的正確與否。

這不，在兩年後也就是1971年，一位名為Zel&39;dovich提出，可以用高速旋轉的圓柱體代替黑洞，用入射的電磁波代替拋入黑洞的物體，用電磁波因旋轉都卜勒效應被放大的能量代替一半物體攜帶的旋轉能，這樣人們便有機會對彭羅斯的理論一探究竟。

總的來說，Zel&39;dovich的這個方案已經將彭羅斯的試驗規模降低到人類可能做到的層面，但是想要完成試驗，人們需要讓圓柱體的旋轉速度超過電磁波的頻率，可能需要圓柱體每秒至少旋轉十億次，這對當時乃至現在的人類工程學來說都是一個不可能克服的挑戰。

因此Zel&39;dovich的方案進行了試驗，並將相關成果發表在2020年6月22日出版的《自然物理學》雜誌上。

他們真的驗證了從黑洞提取能量的方法嗎？

旋轉都卜勒效應

既然使用電磁波的要求太苛刻了，那麼只需要找一個要求低一些的東西即可進行試驗。格拉斯大學的科學家們就選用了「聲波」作為試驗對象。

與電磁波不同，聲波只是機械波，所需能量小得多。於是研究人員們構建了一個由揚聲器、泡沫盤和麥克風組成的系統來驗證Zel'dovich的方案。

實驗裝置

他們通過揚聲器將聲音引向泡沫盤製成的旋轉揚聲器，並在泡沫盤後固定一組麥克風，以吸收經過泡沫盤的聲波，這樣就可以在泡沫盤提高轉速的過程中穩定接收經過泡沫盤後的聲波。

研究人員希望「聽到」由「旋轉都卜勒效應」引發的聲波頻率和振幅的明顯變化。

「都卜勒效應」想必大家都聽說過。遠處正在鳴笛的車在接近我們時音調會升高，遠離我們時音調會降低，可以簡單理解為當聲音在接近我們時被壓縮，導致產生藍移，聲調變高，遠離我們時被拉長，產生紅移，聲調變低，這就是所謂的「都卜勒效應」。

簡單講，都卜勒效應就是光或者聲音在源頭靠近我們時會被迎面壓縮，遠離我們時會被向遠處拉長造成的頻率變化。

「旋轉都卜勒效應」顧名思義就是僅作用於圓形空間，從旋轉表面進行角度測量時產生的都卜勒效應。

只要轉盤旋轉地夠快，聲波就會產生一些十分詭異的現象：它會從正頻率變成負頻率，並從旋轉的表面竊取一些能量。

誒，看到這裡，很多朋友可能會有疑惑了：「頻率不是指物體振動測次數嗎？怎麼可能會有負的頻率？怎麼可能振動次數為負呢？」

其實這裡的「正負」並不是數學意義上的正負，你可以簡單理解為旋轉的方向，一般以逆時針為正頻率，順時針為負頻率，也可以簡單地將負頻率理解為反方向運動。

實驗中，隨著轉盤轉速的提高，聲波的音調先下降，直到變得太低無法被聽到，之後聲波的音調會上升，上升到比原來更大的程度。根據觀測，振幅會比原來的聲波高30%。

振幅變化（翻譯版）

這便是由於一開始隨著轉盤速度的提高，聲波頻率會被都卜勒現象移動到0，隨後頻率轉變成負頻率，負頻率狀態下，聲波便可以從轉盤中吸收能量。

「負頻率聲波吸收能量」，像不像1969年彭羅斯提出的「逆著黑洞旋轉方向拋入物品吸收能量」？

這也是自1969年彭羅斯首次提出「黑洞能量利用方案」來人類首次通過類似實驗驗證了這一存在了半個世紀的理論的正確性。

研究人員表示，在不遠的將來，他們會對更多不同能量源進行研究，為科學探索開闢更多新途徑。

黑洞城市

在1997年12月1日出版的，由著名科學家C·米斯勒、K·索恩和J·惠勒在合著的《引力論》一書中，根據彭羅斯原理，提出了一個建設黑洞城市的設想。

書中提到，可以在黑洞的靜止界限外建造一個龐大且密閉的城市生態系統，能源來自城市產生的垃圾。

將城市垃圾裝載到串聯的小車中，並讓小車以串聯的形式落向黑洞，在小車到達拋射點時卸下垃圾，黑洞在捕獲垃圾時損失的旋轉能即可被小車吸收帶出。

攜帶能量的小車在經過一個巨大的轉子後即可釋放出其獲得的巨大的旋轉能，轉子即可驅動發動機高速旋轉，釋放出巨大的電流。

這個設想既可以讓黑洞城市獲得源源不斷的能量，又解決了城市垃圾困擾問題，是一個十分奇妙的科幻設想。

黑洞城市假想圖

鑑於《引力論》作者之一的K·索恩剛在2017年10月3日因引力波獲得了諾貝爾物理學獎，因此本次試驗的成功也引發了很多人對於「黑洞城市」這一方案的嚮往。

結語

人們總歸還是要繼續進步的，總歸還是需要尋找更加高階的能量來源。

唯有掌握了更多的能量，才能讓人類文明延續萬世。

研究小組的論文名為「Amplification of waves from a rotating body」，相關研究發表在2020年6月22日出版的《自然物理學》上。

羅傑·彭羅斯除了提出過「黑洞能量回收」理論外，還提出過詭異且有名的幾何悖論「彭羅斯階梯」，感興趣的朋友可以點擊下方搜索卡即可查看。

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