我們能利用黑洞的能量嗎?或可解決能源問題

2021-01-15 網易科技

2021-01-15 12:11:47　來源: 知否

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作者 | 卡麥拉

出品 | 網易科技《知否》欄目組（公眾號：tech_163） 

美國的哥倫比亞大學最新研究表明，通過重連磁場線，我們可從黑洞中提取能量。這聽起來有一定的科幻色彩，但愛因斯坦在廣義相對論就有一個引人注目的預言——旋轉的黑洞擁有大量可利用的能量。

過去50年裡，科學家一直努力試圖獲得黑洞能量。諾貝爾物理學獎的獲得者羅傑·彭羅斯(Roger Penrose)提出理論稱，粒子衰變可從黑洞中吸收能量。著名科學家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)稱，黑洞能通過量子力學釋放能量。科學家羅傑·布蘭德福德(Roger Blandford)和羅曼·茲那傑克(Roman Znajek)認為，電磁扭矩是提取黑洞能量的主要方式。


最近發表在《物理評論D》上的研究報告稱，哥倫比亞大學物理學家盧卡·科米索(Luca Comisso)和智利阿道夫·伊班奈茲大學物理學家費莉佩·阿森霍(Felipe Asenjo)發現，通過破壞和重聯黑洞視界附近的磁場線，能從黑洞中提取能量，在這個位置，包括光在內的任何事物，都無法逃脫黑洞引力束縛。

該研究報告第一作者科米索說：「黑洞通常被具有磁場的等離子粒子『湯』包圍，理論表明，當磁場線以正確的方式斷開和重新連接時，它們可以將等離子粒子加速到負能量，該能量足以從黑洞中提取出來。這一發現可使天文學家更好地評估黑洞自旋狀況，驅動黑洞能量釋放，甚至可以為高等文明提供能量。」

科米索和阿森霍提出的理論前提是重新連接磁場會使等離子體粒子朝向兩個不同方向加速，一些等離子流被推至黑洞自旋方向，而另一些等離子流被推到自旋方向，並能逃脫黑洞引力束縛，如果被黑洞吞噬的等離子體具有負能量，就會相應地釋放能量。

科米索說：「這就像某個人通過吃『負卡路裡』的糖果減肥。黑洞本質上是通過吞噬負能量粒子來損失能量的，這聽起來有點奇怪，但它可能發生在一個叫做能層的區域，這裡時空連續體旋轉非常快，以至於每個物體旋轉方向都與黑洞保持一致。」

在能層內部，磁重聯是非常罕見的，會導致等離子粒子速度加速至光速等級，該研究報告合著作者阿森霍解釋，捕獲和逃逸的等離子體流之間的高相對速度，是從黑洞中提取大量能量的原因。

阿森霍說：「我們計算發現等離子被激發的過程可達到150%的效能，這遠遠超過地球上任何發電廠。事實上，超過100%效能是可以實現的，因為黑洞會流失能量，這些能量是免費提供給從黑洞中逃逸的等離子。」

從黑洞中提取能量可能是未來人類解決能量需求的答案。科米索說：「未來數千年或者數百萬年，人類可能在黑洞周圍生存，而不需要利用恆星能量。這本質上是一個技術問題，如果從物理學來看，沒有什麼可以阻止該方案實現！」（卡麥拉）

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本文來源：知否 責任編輯： 秦一晗_NBJS12572

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  • 我們能否利用黑洞的能量,解決能源問題
    美國的哥倫比亞大學最新研究表明，通過重連磁場線，我們可從黑洞中提取能量。這聽起來有一定的科幻色彩，但愛因斯坦在廣義相對論就有一個引人注目的預言——旋轉的黑洞擁有大量可利用的能量。過去 50 年裡，科學家一直努力試圖獲得黑洞能量。
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    廣義相對論的一個傑出預言是，旋轉的黑洞有大量可利用的能量。在過去的50年中，科學家們試圖探索出釋放這種力量的方法。諾貝爾物理學家羅傑·彭羅斯提出了一種理論，即粒子崩解可能會從黑洞中吸收能量。史蒂芬·霍金提出黑洞可以通過量子機械發射來釋放能量。羅傑·布蘭福德（Roger Blandford）和羅曼·扎納克（Roman Znajek）建議將電磁轉矩作為能量提取的主要手段。
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  • 黑洞會釋放它們的能量嗎？我們能知道黑洞吸收了什麼嗎？
    想拿回不小心掉進黑洞的《戰爭與和平》嗎？，位於M87星系中心）物理學家說：在任何合理的意義上，這兩個問題的答案都是「不」，然而，理論上，答案是「能」。實際上，由於黑洞的溫度低於2.7K，它們吸收的能量將多於釋放的能量。宇宙中現存的黑洞，只有溫度高於2.7K才能收縮。
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    近期，一個國際研究團隊通過物理實驗，嘗試著去解答這個困擾科學家半個多世紀的問題——我們可以從黑洞中獲取能量嗎？該研究成果近期發表在《自然物理學》期刊上。50年前就有大膽猜想1969年，英國數學物理學家羅傑·彭羅斯提出了一個從黑洞中獲取能量的大膽猜想，被稱為「彭羅斯過程」。黑洞其實是個大家族，可根據不同的分類標準分成多種類型。
  • 都說黑洞「一毛不拔」 科學家卻想從中「榨取」能量
    近期，一個國際研究團隊通過物理實驗，嘗試著去解答這個困擾科學家半個多世紀的問題——我們可以從黑洞中獲取能量嗎？該研究成果近期發表在《自然物理學》期刊上。在此次最新研究中，研究人員巧妙地利用聲波代替光波，模擬了這一實驗，輻射的聲波果然被「放大」，增加的能量多達30％以上。袁業飛告訴記者，這是由於聲波的頻率範圍廣，研究人員可以選用遠比光波頻率低的低頻聲波，如此「黑洞替代品」的轉速就能降到人為可實現的速度。「該研究實際上模擬的是彭羅斯過程背後的物理本質，並不代表彭羅斯過程真能實現。
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