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我们能利用黑洞的能量吗?或可解决能源问题

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作者 | 卡麦拉

出品 | 网易科技《知否》栏目组(公众号:tech_163) 

美国的哥伦比亚大学最新研究表明,通过重连磁场线,我们可从黑洞中提取能量。这听起来有一定的科幻色彩,但爱因斯坦在广义相对论就有一个引人注目的预言——旋转的黑洞拥有大量可利用的能量。

过去50年里,科学家一直努力试图获得黑洞能量。诺贝尔物理学奖的获得者罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)提出理论称,粒子衰变可从黑洞中吸收能量。著名科学家斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)称,黑洞能通过量子力学释放能量。科学家罗杰·布兰德福德(Roger Blandford)和罗曼·兹那杰克(Roman Znajek)认为,电磁扭矩是提取黑洞能量的主要方式。


最近发表在《物理评论D》上的研究报告称,哥伦比亚大学物理学家卢卡·科米索(Luca Comisso)和智利阿道夫·伊班奈兹大学物理学家费莉佩·阿森霍(Felipe Asenjo)发现,通过破坏和重联黑洞视界附近的磁场线,能从黑洞中提取能量,在这个位置,包括光在内的任何事物,都无法逃脱黑洞引力束缚。

该研究报告第一作者科米索说:“黑洞通常被具有磁场的等离子粒子‘汤’包围,理论表明,当磁场线以正确的方式断开和重新连接时,它们可以将等离子粒子加速到负能量,该能量足以从黑洞中提取出来。这一发现可使天文学家更好地评估黑洞自旋状况,驱动黑洞能量释放,甚至可以为高等文明提供能量。”

科米索和阿森霍提出的理论前提是重新连接磁场会使等离子体粒子朝向两个不同方向加速,一些等离子流被推至黑洞自旋方向,而另一些等离子流被推到自旋方向,并能逃脱黑洞引力束缚,如果被黑洞吞噬的等离子体具有负能量,就会相应地释放能量。

科米索说:“这就像某个人通过吃‘负卡路里’的糖果减肥。黑洞本质上是通过吞噬负能量粒子来损失能量的,这听起来有点奇怪,但它可能发生在一个叫做能层的区域,这里时空连续体旋转非常快,以至于每个物体旋转方向都与黑洞保持一致。”

在能层内部,磁重联是非常罕见的,会导致等离子粒子速度加速至光速等级,该研究报告合著作者阿森霍解释,捕获和逃逸的等离子体流之间的高相对速度,是从黑洞中提取大量能量的原因。

阿森霍说:“我们计算发现等离子被激发的过程可达到150%的效能,这远远超过地球上任何发电厂。事实上,超过100%效能是可以实现的,因为黑洞会流失能量,这些能量是免费提供给从黑洞中逃逸的等离子。”

从黑洞中提取能量可能是未来人类解决能量需求的答案。科米索说:“未来数千年或者数百万年,人类可能在黑洞周围生存,而不需要利用恒星能量。这本质上是一个技术问题,如果从物理学来看,没有什么可以阻止该方案实现!”(卡麦拉)

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