天文科普:向黑洞要能量,這可能嗎?
來源:星空計劃
發布時間:2022-08-17
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作者:苟利軍(jun)

這一次我們(men) 要說一說黑洞的能量,其實向黑洞要能量,是可能的。但是要理解黑洞的能量,我們(men) 要先從(cong) 黑洞的形成說起。在宇宙中,有著不同質量的恒星,有和我們(men) 太陽質量差不多的,有比我們(men) 太陽質量小一些的,有比我們(men) 太陽質量大一些的,還有比我們(men) 太陽質量大很多的。根據現有的恒星演化的理論,類似於(yu) 我們(men) 太陽或者比太陽質量小於(yu) 差不多8倍的天體(ti) ,在死亡的時候,恒星的中心部分就會(hui) 變成一個(ge) 白矮星。而那些介於(yu) 8倍太陽質量到20倍太陽質量之間的天體(ti) ,在租後死亡的時候會(hui) 變成一個(ge) 中子星。而那些初始質量大約20倍太陽質量的天體(ti) ,最後恒星的中心部分,就會(hui) 坍縮形成一個(ge) 黑洞。之所以形成黑洞就是因為(wei) 沒有已知道的力來支撐其他的天體(ti) 了。

對於(yu) 黑洞而言,通常是可以分為(wei) 史瓦西黑洞和克爾黑洞,史瓦西黑洞就是沒有轉動的黑洞,而克爾黑洞是指有轉動的黑洞。當然我們(men) 通常想象的是將通過某種方式將讓黑洞轉動的能量提取出來,如果是這樣我們(men) 可以想象,對於(yu) 史瓦西黑洞,也就是不轉動的黑洞,應該是沒有可以能量可以提取出來的,然而其實不是這樣的,對於(yu) 沒有轉動的黑洞,按照目前的說法,應該大約是有6%以上的能量可以提取出來的,這和我們(men) 通常的認識其實有點不太一樣的。對於(yu) 旋轉的黑洞,我們(men) 知道黑洞視界麵的轉動速度最高可以接近光速,所以此時黑洞可以被提取的能量接近42%,這已經是非常高了。那我們(men) 所看到的黑洞質量,其實是包含了黑洞的轉動能量了。

在天體(ti) 物理當中,黑洞的周圍通常都有一個(ge) 吸積盤,吸積盤的物質會(hui) 有一部分慢慢地掉入到黑洞之中,另外一部分物質會(hui) 沿著黑洞的轉軸方向噴射出去,在天文學當中,我們(men) 把沿著轉軸方向的物質稱之為(wei) 噴出物質或者稱之為(wei) 噴流,那這部分物質的能源機製是什麽(me) 呢?其實就是黑洞轉動的轉動能,就是我們(men) 在上麵所提到的能量。那我們(men) 能否通過人為(wei) 的方式提取這些能量呢?之前有人就想出來類似於(yu) 戴森球這樣的方式放在一個(ge) 正常的恒星周圍,將恒星輻射的能量提取出來,這就是我們(men) 知道的通常的戴森球。依據這個(ge) 想法,有人就想到將類似的戴森球放在黑洞周圍,當然這個(ge) 裝置更為(wei) 複雜一些,然後把黑洞轉動能量聚集起來,加以利用,曾經獲得諾獎的基普·索恩曾經就在其科普讀物《黑洞與(yu) 時間彎曲》一書(shu) 當中提到了如何提取黑洞能量的方法。除此之外,還有一些理論研究在黑洞周圍行星存在的可能性,最後的結果是行星也是可以存在於(yu) 黑洞的周圍,因為(wei) 黑洞周圍的氣體(ti) 盤可以提供一定的輻射。

那麽(me) 我們(men) 真可以利用黑洞的能量嗎?在上世紀60年代初,前蘇聯宇宙學家卡爾達肖夫,根據文明可以掌握和利用的能源等級、總量,假設出了宇宙文明的三級模型。一級宇宙文明可以稱之為(wei) 行星文明,也就是能夠利用行星上的所有能源和資源。二級宇宙文明是恒星文明,是指可以利用整個(ge) 恒星係的所有資源。三級文明是星係文明,是指可以利用整個(ge) 星係的資源。而根據目前人類的能力,我們(men) 還處在一級文明之中,等級為(wei) 0.7。對於(yu) 我們(men) 提到的黑洞,它還是屬於(yu) 恒星的級別,應該是處在下一個(ge) 文明之中。我們(men) 還遠遠沒有觸及。

盡管我們(men) 還沒有達到利用黑洞能量的地步,但是我們(men) 需要先考慮下,我們(men) 是否生存在這個(ge) 黑洞的周圍?在銀河係中,按照估計存在著上億(yi) 個(ge) 恒星量級的黑洞,不過到目前為(wei) 止,我們(men) 發現的恒星量級的黑洞僅(jin) 僅(jin) 不足100個(ge) ,在這發現的不足100個(ge) 黑洞當中,真正精確測量地也就不足二三十個(ge) ,所以說是冰山一角。按照我們(men) 現有的理解,有的黑洞轉動的慢,有的黑洞轉動快,所以不同的黑洞可以提取的能量應該是不同的。按照我們(men) 目前的理解,距離地球或者太陽最近的恒星級的黑洞為(wei) A0620,這是按照其發現的衛星命名的一個(ge) 黑洞,距離我們(men) 大約是3000多光年,所以說這個(ge) 黑洞是非常的遙遠,對於(yu) 我們(men) 要想利用其能量,我們(men) 目前應該是不太可能。

所以再次簡單回答一下這個(ge) 問題就是:無論是轉動的黑洞,還是不轉的黑洞,理論上我們(men) 盡管可以向黑洞提取能量,但是因為(wei)

距離很遠,以及我們(men) 目前所處的等級太低,我們(men) 沒有辦法進行操作。期待未來的人類可以做到。

文章由科普中國-創作培育計劃出品,轉載請注明來源



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