“都说黑洞“一毛不拔” 科学家却想从中“榨取”能量”

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科技日报实习记者在紫月

说到黑洞，人们首先想到的是吞噬一切的巨大引力。 想象一下，如果在太空旅行中遇到黑洞，将会是多么可怕绝望的事件。 但是，对于这个连光都逃脱不了的“魔窟”，科学家们从中“榨取”能量，为我所用。

最近，一个国际研究小组试图通过物理实验解决困扰这位科学家的半个多世纪的问题。 我们能从黑洞获得能量吗？ 这项研究成果最近发表在《自然物理学》杂志上。

从50年前就有了大胆的预想

1969年，英国数学物理学家罗杰·彭罗斯提出了从黑洞获取能量的大胆推测，被称为“彭罗斯过程”。

黑洞是一个大家庭，根据分类标准可以分为各种类型。 根据黑洞的三个参数——质量、角动量和电荷进行分类，可以将其分为四类，即皱纹黑洞，无电荷、不旋转的摔跤手黑洞，不旋转。 曲线黑洞，旋转但没有电荷。 纽曼黑洞既有电荷又有旋转。 彭罗斯过程比较了后面两种黑洞，也就是旋转的黑洞。

“彭罗斯过程通过向黑洞的能量层扔入物体来获得能量。 ”。 中国科学院国家天文台研究员苟利军在接受科技日报记者采访时表示。

能量层是使黑洞旋转的特有结构，是位于黑洞边界——事件视界之外的结构。 能量层具有惊人的特征，能量层中存在负能量粒子，这种负能量粒子与黑洞的旋转方向相反。 苟利军解释说，在彭罗斯的过程中，被扔进能量层的物体和粒子在一定条件下被分成两半，一部分被吸入黑洞，另一部分逃离黑洞。 能量是守恒的。 根据能量层的特征，如果被吸收的物质的能量为负的话，逃逸的物质的能量会比初期高。 也就是说，我们从黑洞获得了能量。

“彭罗斯过程中提取的能量来自黑洞的旋转能。 ”。 中国科学技术大学天文学系教授袁业飞在接受科技日报记者采访时表示:“逃逸物质的能量增加，黑洞的能量必然减少，但实际上黑洞的转速会变慢，旋转能量会损失。” 可以预见，吸入物质的旋转方向必然与黑洞的旋转方向相反。

黑洞不是实验室的老鼠，不能轻易“抓住”。 因此，彭罗斯的过程总是出乎意料的，因为没有人敢断言这个疯狂的想法是否真的能实现。

1971年，即彭罗斯过程提出两年后，苏联物理学家塞尔达维奇提出了可能的检测方法。 他提出用能吸收能量的材料制作圆柱，模拟旋转的黑洞，发射光波。 他预言光波被圆柱“放大”，即旋转的金属圆柱吸收负能量光波，撞击圆柱后发射光波的频率增加，辐射总能量增加，即所谓的超辐射。

但是，现有条件的限制再次给科学家泼了冷水。

“要达到这一效果，必须充分旋转圆柱体。 至少相当于入射光波的频率值。 ”袁业飞进一步解释说，光波的频率通常为兆赫( mhz )或千兆赫( ghz )。 这意味着圆柱每秒钟旋转100万至10亿圈，这是现实中的机械马达无法实现的。

在这次最新的研究中，我们巧妙地利用声波代替光波模拟了这个实验，结果发射的声波还是被“放大”了，增加的能量达到了30%以上。 袁业飞告诉记者，这是因为声波的频率范围很广，研究人员可以选择远低于光波频率的低频声波，这样，“黑洞替代品”的转速就可以降低到人为可以实现的速度。

“这项研究实际上模拟了彭罗斯过程背后的物理本质，并不意味着彭罗斯过程真的能够实现。 黑洞离我们很远，所以不能在现有条件下用黑洞进行实验验证。 ”。 袁业飞说。

正如研究者所说，他们的研究成果没有使人类走向从旋转黑洞中提取能量的道路。

“剥削”能源有两种方案

好奇心和想象力是推动科学迅速发展的翅膀。 目前，彭罗斯的过程还无法验证，但并未阻碍科学家“剥削”黑洞能量的执着。

“目前，学者们提出了两种构想。 ”袁业飞说。

一个是提取黑洞的旋转能。 当然，这种观点与旋转黑洞形成了对比。 根据能量守恒定律，如果成功从那里获得能量，黑洞的转速会下降，就像彭罗斯的过程一样，会失去一部分旋转能量。

另一种观点是提取黑洞的引力势。 对黑洞的类型没有要求这种观点。 因为所有的黑洞都有巨大的引力。 日常生活中，物体从高楼掉落时，物体的速度会越来越快。 这是重力势转换为物体动能的常见例子。 黑洞也是一样，如果将等离子体体态中的气体扔到黑洞中，随着接近黑洞，气体的运动速度也会加快，等离子体中的粒子碰撞后发生热化，释放出携带能量的光子。 这个能量提取的过程，实际上是黑洞的引力能转化为物体的动能，转化为热能，从黑洞“输送”能量。 这就是我们普遍知道的黑洞周围的吸积盘放射出的能量来源。