为什么天文学家认为,黑洞才是宇宙终极能源?

提到黑洞,大部分人都会以为它是一个极度贪婪的巨型吸尘器。 它大量地吸入各种物质,迅速增加自身的质量和能量,不论什么东西靠近黑洞都会被吞噬,连光也不例外,但在天文学家眼里黑洞其实是宇宙中宝贝,因为它的引力透镜现象就相当于宇宙中的望远镜,能帮我们看到更遥远的深空天体。

1969年,英国物理学家和数学家潘罗斯,发明了从黑洞中提取能量的过程,也就是「潘罗斯过程」,这个操作的核心就是把物质扔进克尔黑洞里面,达到窃取黑洞能量的目的,更准确的说是在黑洞的事件视界之外做文章,因为再进一步的话连光都跑不出来,更别说什么能量了。

克尔黑洞和一般的黑洞不同,它是一种会旋转的黑洞,产生的离心力让黑洞变长,并且在事件视界和静止极限之间生成一个动圈,进入动圈的物体虽然获得了黑洞的引力和加速度赋予的能量,但是还是能跑出来的,这样一来如果物体在适当的地点分裂成两半,其中一半将会被吸进黑洞里,另外一半则会被推到动圈外面。

关键就在于被推出来的这部分质量或者说能量,是能够继续靠近黑洞继续分裂,再次生成新的能量的,这样一来在整个过程里,黑洞就相当于一个发电机一样,理论上来说物体质量的20.7%都能被纯能化利用,相较之下可控核聚变只有0.4%,因此不考虑正反物质湮灭的话,黑洞就是宇宙中最高效的能量源。

除了动能外,黑洞吸积盘的热量能达到100万度左右,如果也能被回收利用,比如用戴森球包裹的话,从黑洞那里得到的回馈可以达到五倍之多。

那么宇宙中现在有没有这种装置呢?

旨在搜寻外星文明的SETI计划,目前已经发现了20个疑似戴森球的恒星,它们的亮度都曾在短时间内下降过,但也有可能只是星际尘埃运行到了它们和地球之间,阻挡了我们的视线而已,不论如何,利用恒星和黑洞的能量至少在理论上是可行的。

对于我们的太阳系来说,建造戴森球大概需要一个木星的质量,但问题是木星质量的物质移动肯定会导致太阳系的引力混乱,所以天文学家认为戴森球只能存在于单独的恒星系中,像太阳系这种拥有多达8颗行星的恒星系,是不适合建造戴森球的。

1975年,霍金基于量子力学提出了黑洞辐射理论,认为黑洞边缘附近的正反虚粒子湮灭,会导致黑洞的质量流逝,也叫黑洞蒸发,并且质量越小的黑洞蒸发速度越快,一般的黑洞则需要数万亿年甚至更久才能蒸发完毕。

由于目前的对撞机功率不足以产生黑洞,宇宙中的天然黑洞距离又太远,难以侦测到辐射,因此直到霍金去世,他的黑洞蒸发理论也没得到验证。