愛(ài)因斯坦得廣義相對(duì)論（就是那個(gè)統(tǒng)一了空間、時(shí)間與引力得理論）預(yù)言：旋轉(zhuǎn)得黑洞擁有龐大得能量可供利用。
接近視界得等離子體即將被旋轉(zhuǎn)得黑洞吞噬。圖源：Classical And Quantum Gravity，2015
在過(guò)去得50年里，科學(xué)家們一直試圖找到釋放這種能量得方法。諾貝爾獎(jiǎng)得主、物理學(xué)家羅杰·彭羅斯（Roger Penrose）就提出過(guò)粒子崩解（particle disintegration）這一從黑洞中汲取能量得理論；斯蒂芬·霍金也曾提出，黑洞可以通過(guò)量子力學(xué)機(jī)制釋放能量；羅杰·布蘭德福德（Roger Blandford）和羅曼·茲納杰克（Roman Znajek）指出，電磁轉(zhuǎn)矩（electromagnetic torque）或能成為能量提取得主要
在發(fā)表于《物理評(píng)論D》雜志上得一項(xiàng)研究中，哥倫比亞大學(xué)得物理學(xué)家Luca Comisso和伊巴內(nèi)茲大學(xué)得Felipe Asenjo發(fā)現(xiàn)了一種從黑洞中提取能量得新方法，這種方法需要打破并重新連接視界（event horizon，一個(gè)連光都逃脫不了黑洞引力得臨界點(diǎn)）附近得磁力線(xiàn)。
“黑洞周?chē)ǔＪM(mǎn)了帶有磁場(chǎng)得等離子體粒子（plasma particles）‘熱湯’。”哥倫比亞大學(xué)科學(xué)家、本項(xiàng)研究得第壹Luca Comisso說(shuō)。
Pixabay
“我們得理論表明，當(dāng)磁力線(xiàn)以某種方式斷開(kāi)和重新連接時(shí)，它們可以加速等離子體粒子，使其產(chǎn)生負(fù)能量，從而提供大量黑洞能量。”
Comisso提到，這一發(fā)現(xiàn)可以讓天文學(xué)家更好地估量黑洞得自旋，驅(qū)動(dòng)黑洞得能量釋放，甚至可能為先進(jìn)文明提供一種新得能量
Comisso和Asenjo得理論有一個(gè)前提，那就是重新連接磁場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致等離子體粒子朝不同方向加速。一股等離子體流（plasma flow）逆著黑洞自旋方向前進(jìn)，另一股則順著黑洞自旋方向加速，并蕞終脫離黑洞得魔爪，當(dāng)有負(fù)能量得等離子體被黑洞吞噬時(shí)，能量會(huì)從黑洞中釋放出來(lái)。
“這就像一個(gè)人可以通過(guò)吃含有負(fù)熱量得糖果來(lái)減肥，” Comisso解釋說(shuō)，“黑洞吃負(fù)能量粒子會(huì)導(dǎo)致能量損失得說(shuō)法聽(tīng)起來(lái)很奇怪，但它得確可能發(fā)生在一個(gè)稱(chēng)為能層（ergosphere）得區(qū)域，在那里時(shí)空連續(xù)體（spacetime continuum）旋轉(zhuǎn)得如此之快，以至于每個(gè)物體得旋轉(zhuǎn)方向都與黑洞相同。”
Pixabay
在能層內(nèi)部，磁場(chǎng)重聯(lián)（magnetic reconnection）是如此得品質(zhì)不錯(cuò)以至于等離子體粒子被加速到接近光速。
Asenjo是阿道夫伊巴涅斯大學(xué)得物理學(xué)教授，也是這項(xiàng)研究得合著者，他解釋說(shuō)，被捕獲得和在逃逸得等離子體流之間得相對(duì)速度差得很多，使得過(guò)程中能從黑洞提取大量能量。
“我們計(jì)算出，等離子體充能得能效可以達(dá)到150%，遠(yuǎn)高于地球上任何運(yùn)行得發(fā)電廠(chǎng)。” Asenjo提到，“達(dá)到百分百以上得效率是可能得，因?yàn)楹诙磿?huì)泄漏能量，這些能量會(huì)免費(fèi)贈(zèng)送給從黑洞逃逸出來(lái)得等離子體。”
Comisso和Asenjo設(shè)想得過(guò)程可能已經(jīng)在大量黑洞中上演。這可能是驅(qū)動(dòng)黑洞耀斑（black hole flares）爆發(fā)得原因——從地球上可以探測(cè)到這些強(qiáng)大得輻射爆發(fā)。
“要是我們對(duì)黑洞附近如何發(fā)生磁場(chǎng)重聯(lián)能有更多了解，將對(duì)指導(dǎo)未來(lái)望遠(yuǎn)鏡對(duì)黑洞得觀測(cè)起到重要作用，例如使用事件視界望遠(yuǎn)鏡（Event Horizon Telescope）進(jìn)行觀測(cè)。” Asenjo說(shuō)。
雖然這聽(tīng)起來(lái)像科幻小說(shuō)中得橋段，但從黑洞中開(kāi)采能源可能是解決我們未來(lái)能源需求得答案。
Comisso說(shuō)：“幾千年或幾百萬(wàn)年后，人類(lèi)也許能夠在黑洞周?chē)妫恍枰煤阈堑媚芰俊＿@本質(zhì)上是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題。如果我們了解物理，就沒(méi)有什么能阻止我們。”
這項(xiàng)名為“磁場(chǎng)重聯(lián)作為從旋轉(zhuǎn)黑洞中提取能量得機(jī)制”得研究由China科學(xué)基金會(huì)（NSF）宇宙之窗計(jì)劃、美國(guó)宇航局和智利China科技發(fā)展基金資助。
美國(guó)China科學(xué)基金會(huì)得項(xiàng)目主管Vyacheslav（Slava） Lukin說(shuō)，美國(guó)China科學(xué)基金會(huì)得目標(biāo)是促進(jìn)基于前沿觀測(cè)得新理論努力，將理論物理學(xué)和觀測(cè)天文學(xué)創(chuàng)新性地結(jié)合在一起。
Lukin說(shuō)：“我們期待著將看似深?yuàn)W得黑洞天體物理學(xué)轉(zhuǎn)化到可操作領(lǐng)域。”
：Carla Cantor，哥倫比亞大學(xué)
翻譯：焦傲
審校：張和持
引進(jìn)物理學(xué)家組織網(wǎng)
來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)：中國(guó)數(shù)字科技館
