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為什麽天文學家認為,黑洞才是宇宙終極能源?

2024-10-02科學

提到黑洞,大部份人都會以為它是一個極度貪婪的巨型吸塵器。 它大量地吸入各種物質,迅速增加自身的質素和能量, 不論什麽東西靠近黑洞都會被吞噬,連光也不例外 ,但在天文學家眼裏黑洞其實是宇宙中寶貝,因為它的重力透鏡現象就相當於宇宙中的望遠鏡,能幫我們看到更遙遠的深空天體。

1969年,英國物理學家和數學家潘羅斯,發明了從黑洞中提取能量的過程,也就是「潘羅斯過程」, 這個操作的核心就是把物質扔進克爾黑洞裏面 ,達到竊取黑洞能量的目的,更準確的說是在黑洞的事件視界之外做文章,因為再進一步的話連光都跑不出來,更別說什麽能量了。

克爾黑洞和一般的黑洞不同,它是一種會旋轉的黑洞,產生的離心力讓黑洞變長,並且在事件視界和靜止極限之間生成一個動圈,進入動圈的物體雖然獲得了黑洞的重力和加速度賦予的能量,但是還是能跑出來的, 這樣一來如果物體在適當的地點分裂成兩半 ,其中一半將會被吸進黑洞裏,另外一半則會被推到動圈外面。

關鍵就在於被推出來的這部份質素或者說能量,是能夠繼續靠近黑洞繼續分裂,再次生成新的能量的,這樣一來在整個過程裏,黑洞就相當於一個發電機一樣,理論上來說物體質素的20.7%都能被純能化利用, 相較之下可控核聚變只有0.4% ,因此不考慮正反物質湮滅的話,黑洞就是宇宙中最高效的能量源。

除了動能外,黑洞吸積盤的熱量能達到100萬度左右,如果也能被回收利用,比如用戴森球包裹的話,從黑洞那裏得到的回饋可以達到五倍之多。

那麽宇宙中現在有沒有這種裝置呢?

旨在搜尋外星文明的SETI計劃,目前已經發現了20個疑似戴森球的恒星,它們的亮度都曾在短時間內下降過,但也有可能只是星際塵埃執行到了它們和地球之間,阻擋了我們的視線而已,不論如何,利用恒星和黑洞的能量至少在理論上是可行的。

對於我們的太陽系來說,建造戴森球大概需要一個木星的質素,但問題是木星質素的物質移動肯定會導致太陽系的重力混亂, 所以天文學家認為戴森球只能存在於單獨的恒星系中, 像太陽系這種擁有多達8顆行星的恒星系,是不適合建造戴森球的。

1975年,霍金基於量子力學提出了黑洞輻射理論,認為黑洞邊緣附近的正反虛粒子湮滅,會導致黑洞的質素流逝,也叫黑洞蒸發,並且質素越小的黑洞蒸發速度越快,一般的黑洞則需要數萬億年甚至更久才能蒸發完畢。

由於目前的對撞機功率不足以產生黑洞,宇宙中的天然黑洞距離又太遠,難以偵測到輻射,因此直到霍金去世, 他的黑洞蒸發理論也沒得到驗證。