旋转的黑洞有强大的自然力量,可以改变周围的时间和空间。因此,人们会想:黑洞能用作某种能源吗?新浪科技新闻北京时间7月9日消息,能量可以从黑洞中吸出吗?数学物理学家提议制造“黑洞炸弹”!
旋转的黑洞有强大的自然力量,可以改变周围的时间和空间。因此,人们会想:黑洞能用作某种能源吗?1969年,数学物理学家罗杰彭罗斯提出了一种实现这一目标的方法,称为“彭罗斯过程”。
科学家推测,外星人或未来的人类可以用这种方法制造“黑洞炸弹”并获得黑洞能量。然而,到目前为止,彭罗斯过程中涉及的一些物理原理还没有得到实验的验证。目前,最近出版的《自然物理》杂志已经发表了一些与这项研究有关的物理原理。
围绕着黑洞的地平线(黑洞的边界,没有什么能逃脱黑洞的引力,甚至光),旋转的黑洞形成了一个叫做“能量层”的区域。如果一个物体落入能量层,它会分裂,其中一部分落入黑洞,而另一部分逃逸。逃逸部分以黑洞为代价有效地获得能量。因此,我们可以通过向旋转的黑洞发射物体或光线来获取能量。
但是这个理论可靠吗?1971年,俄罗斯物理学家雅科夫泽尔多维奇将黑洞视为一个旋转系统,并在地球上进行模拟实验。他们假设黑洞是一个旋转的圆柱体,由能够吸收能量的物质组成。
泽尔多维奇假设光波可以从黑洞圆柱中提取能量并将其放大。在放大效应下,这些光波需要“角动量”才能扭曲成螺旋结构。
当扭曲光撞击黑洞圆柱时,在多普勒频移的影响下,扭曲光的频率发生变化。当你听到救护车的警笛声时,你可能会有这种感觉。当它靠近你时,警笛会更响,移动的方向会改变警笛的音调。同样,黑洞圆柱体的旋转速度的变化也会改变光波的感知频率。
如果黑洞圆柱体旋转得足够快,改变后的光波频率将下降到非常低的水平,变成负值,这意味着光波的旋转方向相反。
正频率的光波应该被黑洞圆柱体部分吸收并失去能量。然而,负频率光波将把能量损失转化为能量增益,能量增益将被黑洞圆柱放大。他们将从旋转过程中提取能量,就像彭罗斯理论中的黑洞逃逸物质一样。
检测泽尔多维奇的理论似乎很简单,但旋转物体需要保持光波以相同或更高的频率运行。如果要放大每秒钟振荡数万亿次的可见光波,就需要一个吸收物体,这比任何现有的机械装置都快几十亿倍。
最终突破
光以每秒3亿米的速度传播。为了使这一理论更容易验证,研究人员选择使用声波,声波的传播速度要慢100万倍,这意味着我们不需要吸收体旋转得这么快。
为了制造扭曲的声波,研究人员使用了一圈扬声器,所有的扬声器发出相同的频率,但是开始的时间略有不同,所以声音是以螺旋线发出的。在旋转吸收器的实验中,他们在马达上附着了一层吸音泡沫。泡沫和旋转吸收器相互作用后,置于泡沫内部的麦克风可以记录音频。
我们发现,当泡沫慢慢旋转时(保持低频率),记录的声音相对较小,因为大部分声音被泡沫吸收。然而,当我们足够快地旋转泡沫时,接近多普勒频移的声学频率将变成负的,并且它的声音将非常大。
这个实验只能表明声波可以从旋转的吸收器中获得能量,并最终验证了俄罗斯物理学家雅科夫泽尔多维奇50年前的黑洞理论。
黑洞炸弹
当然,所有这些都不能完全证明彭罗斯的能量获取思想真的适用于黑洞。相反,我们的实验证明了与直觉相反的基本物理观点,并证明在光波或声波的频率从正变到负的过程中,光波或声波获得能量,而不是失去能量。
虽然我们还没有从靠近旋转黑洞的任何区域提取能量,但这并不意味着外星智能文明或拥有先进技术的人类能够在未来实现这一目标。也许一些外星智能文明在黑洞周围建立了一个结构,使它与黑洞一起旋转,然后把小行星甚至电磁波扔进黑洞,最后这些物质会被反射更多的能量。
此外,外星人可以用镜壳完全包围黑洞,从而制造出“黑洞炸弹”。注入黑洞的光将被放大,然后被反射镜反射到黑洞,再被放大,依此类推。
黑洞的能量在逃逸爆炸前后呈指数增长,但是能量通过一个洞被放大和释放,这个洞在这个过程中可以被科学家控制。这种方法基本上可以产生无限的能量。
虽然这只是一个科学假设,但在遥远的未来,当宇宙正在死亡,星系和恒星的残骸是黑洞时,这种方法是任何文明延续的唯一希望。(叶青城)