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在广义相对论中,宇宙空间中存在着这样一种天体,它有着极为强大的引力,以至于“时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱”,这就是黑洞,宇宙中最神秘,最迷人的天体之一。
几十年来,研究黑洞的科学家及团队有许多。由于研究对象太“有个性”,以至于科学家们将脑洞越开越大,多角度拓展研究视角。比如,有科学家在琢磨,既然黑洞能产生如此大的能量,我们可以不可以从黑洞“偷”一些来用呢? 假设未来人类社会能够实现这一壮举,那么遥远的银河系文明似乎真的有望实现。科学家们对此提出了种种猜想,试图让这种能量的获取成为现实。 诺奖得主、牛津大学物理学家、数学家罗杰•彭罗斯(Roger Penrose)曾提出“粒子分裂”说,后来被命名为“Penrose process”:粒子在黑洞视界外的区域(能层)分裂成两部分,一部分落入视界,另一部分逃逸出来。这部分逃逸物体产生的能量在理论上是可以被提取的。斯蒂芬•霍金则主张“量子力学发射”说:能量可以通过黑洞周围的磁场以电磁方式,通过量子力学发射而被提取出来。 为了“偷”到黑洞的能量,科学家们尽情发挥着奇思妙想。最近,哥伦比亚大学天体物理学家卢卡•科米索(Luca Comisso)与智利阿道夫伊巴涅斯大学物理学家费利佩•A•阿森霍(Felipe A.Asenjo)合作的一项研究,提出了一种新猜想,为黑洞能量的提取提供了一种全新思路。 他们的理论基础是,在科学家虚拟的黑洞边界(这个边界之内任何物质无法逃离)——事件视界之外,存在一个能层(ergosphere,也叫动圈)的区域。在能层内,磁力线不断地经历断裂、重新连接,在这种情形下,等离子被加速到接近光速甩出。等离子的运动方向也不一致,有的沿着黑洞旋转的方向运动、有的则是反向运动。在这个混沌的状态下,等离子将累积负能量。 该研究的第一作者哥伦比亚大学研究员科莫索(Luca Comisso)说:“黑洞周围通常被带有磁场的等离子‘热汤’包围着。我们的理论认为,当这个磁场内的磁力线反复断裂又重新连接的情形下,等离子会被加速至产生负能量,我们利用这个特性从黑洞提取能量。”
“黑洞质量巨大,自然蕴含着同样巨大的能量。不幸的是,它们都被锁在一个光滑的时空洞底部。在黑洞旋转的条件下,时空被拖拽变形,一些能量会被释放给从黑洞逃逸出来的等离子体,这些泄漏的能量让我们能趁机从这个巨大的能量池中‘偷’一点点出来。”阿森霍解释说:“根据我们的计算,等离子体通电的过程可以激发出150%的效率,远远高于地球上任何运行的发电厂。” 科学家发现,这种从黑洞中逃逸出来的能量可能已经存在了很久,因此我们在地球上才能探测到强大的辐射爆发——黑洞耀斑。这一发现可以让天文学家更好地估计黑洞的自旋,甚至可能为未来能源获取开创一个新渠道。目前,这项研究结果已经发表在《物理评论D》上。
责任编辑:lq
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