宇宙解码 - 史瓦西黑洞是一毛不拔的吝啬鬼,但我们可以从克尔黑洞中偷走能量

上一篇(左方向键) 下一篇(右方向键) 回目录(回车键) 粗体(B键)  正常(N键) 随机浏览(S键)   浏览次数:34    发布时间:2020/1/13 0:30:19   出处:宇宙解码   

  黑洞,往往我们一听到这个词,脑海中马上就会浮现出一幅:一个凶神恶煞的魔鬼张开嘴巴、吞噬一切的画面,的确,黑洞是一种引力极大的天体,它会借助强大的引力会将一切物质吞噬进去,就连光都不会放过,但不为人知的是:绝大部分的黑洞并不是我们印象中的那样的,是个一毛不拔的吝啬鬼,从理论来说:人类可以利用一些手段从黑洞中偷走一些能量。

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  我们描述黑洞需要三个物理量,分别是质量、角动量、电荷,所以黑洞可以大致分为三类:

  史瓦西黑洞:不带电荷、不旋转的黑洞

  克尔黑洞:旋转但不带电荷的黑洞

  克尔—纽曼黑洞:旋转且带电荷的黑洞

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  史瓦西黑洞是物理学家史瓦西在1916年通过广义相对论引力方程解出的,并且提出了史瓦西半径公式,当天体的半径(通常指大型恒星)小于史瓦西半径时就会无限向内坍缩成为一种新的天体,这是最早的黑洞模型,引力极大、吞噬一切等物理特性都是基于史瓦西黑洞模型推导得出的,虽然史瓦西黑洞是最先提出的黑洞模型,但这种不带电、不旋转、静态的黑洞是在宇宙中很难找到的,因为史瓦西黑洞的形成过程过于理想化。

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  首先来说,恒星并非是静止的,宇宙中绝大多数的恒星都是旋转的,带有一定的角动量,这导致恒星并不是一个完美的球状天体,恒星的两极会产生稍稍的变化,所以旋转、且不均匀的恒星坍缩而成的黑洞也会带有角动量,黑洞的引力场也不是史瓦西黑洞模型提出的静态均匀引力场,而是一个旋转的、层次化的引力场,1962年新西兰物理学家罗伊·克尔根据相对论引力方程首次提出一种全新的旋转黑洞模型,故我们将它命名为克尔黑洞。

  如何从黑洞中提取能量?

  说起从黑洞中提取能量,可能大家就会想到英国物理学家霍金提出的"霍金辐射"理论,霍金将量子力学与相对论相结合,创造性的提出了:黑洞的质量并不是无限增加的、永远存在的,根据微观世界之中的量子涨落现象,黑洞会不断向外释放携带能量的虚粒子,那么这种能量可不可以被人类提取,为人类所用呢?

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  答案是:可以,但实际意义不大,实际意义不大并不是指:人类无法制造出在黑洞极大的引力场中能够保持稳定提取能量(霍金辐射)的仪器,我相信人类的创造力是无限的,只要给我们时间,制造出这种仪器并非是不可能,实际不大 指的是黑洞霍金辐射的本身,因为黑洞霍金辐射的能量实在是太小了,一个恒星级别的黑洞只能辐射出10的负29次方瓦,这种能量连一只草履虫都养不活,而制造能够在黑洞引力场中提取能量的仪器则需要耗费大量的人力、物力、财力,制造仪器的成本和获得的回报完全不成正比,所以提取黑洞的霍金辐射能量实际意义不大,那么我们应该如何从黑洞中提取能量呢?

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  克尔黑洞为人类提取能量提供了可行性办法,上文提到了,克尔黑洞除了因质量而产生的引力能之外,还有因旋转而产生的旋转能,我们如果真的想要从黑洞中提取能量,旋转能是一个不错的选择。

  克尔黑洞提取能量方案:首先,我们需要制造出一个结构坚固、速度极快的宇宙飞船,然后驾驶飞船快速沿着黑洞的旋转方向驶进,由于飞船进入了黑洞的旋转系统,所以黑洞的角动量会减少,黑洞减少的角动量转移到了飞船上,飞船就会获得强大的能量,然后以加速运动的形式飞出黑洞,这样就可以从黑洞中偷走能量,但这个过程中必须要注意一点,那就是飞船的行驶方向一定要经过精准的计算,飞船的自身结构一定要很坚固,以保证飞船不会被黑洞内部旋转的引力场所撕碎,如果出现这种情况,就算最终飞船飞出了黑洞,恐怕也只能剩下几张被烧红的金属碎片了。

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  当然,这个方案是根据彭罗斯过程改编的,根据数学计算,物体完成彭罗斯过程中最多只能从黑洞中偷走29%的能量,彭罗斯过程会不断的减少克尔黑洞的角动量,如果这个过程继续持续下去,那么克尔黑洞的旋转就会越来越慢,最终完全变成静止状态的史瓦西黑洞。

  

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