史瓦西黑洞是壹毛不拔的吝嗇鬼,但我們可以從克爾黑洞中偷走能量
黑洞,往往我們壹聽到這個詞,腦海中馬上就會浮現出壹幅:壹個兇神惡煞的魔鬼張開嘴巴、吞噬壹切的畫面,的確,黑洞是壹種引力極大的天體,它會借助強大的引力會將壹切物質吞噬進去,就連光都不會放過,但不為人知的是:絕大部分的黑洞並不是我們印象中的那樣的,是個壹毛不拔的吝嗇鬼,從理論來說:人類可以利用壹些手段從黑洞中偷走壹些能量。
我們描述黑洞需要三個物理量,分別是質量、角動量、電荷,所以黑洞可以大致分為三類,
史瓦西黑洞:不帶電荷、不旋轉的黑洞
克爾黑洞:旋轉但不帶電荷的黑洞
克爾—紐曼黑洞:旋轉且帶電荷的黑洞
史瓦西黑洞是物理學家史瓦西在1916年通過廣義相對論引力方程解出的,並且提出了史瓦西半徑公式,當天體的半徑(通常指大型恒星)小於史瓦西半徑時就會無限向內坍縮成為壹種新的天體,這是最早的黑洞模型,引力極大、吞噬壹切等物理特性都是基於史瓦西黑洞模型推導得出的,雖然史瓦西黑洞是最先提出的黑洞模型,但這種不帶電、不旋轉、靜態的黑洞是在宇宙中很難找到的,因為史瓦西黑洞的形成過程過於理想化。
首先來說,恒星並非是靜止的,宇宙中絕大多數的恒星都是旋轉的,帶有壹定的角動量,這導致恒星並不是壹個完美的球狀天體,恒星的兩極會產生稍稍的變化,所以旋轉、且不均勻的恒星坍縮而成的黑洞也會帶有角動量,黑洞的引力場也不是史瓦西黑洞模型提出的靜態均勻引力場,而是壹個旋轉的、層次化的引力場,1962年新西蘭物理學家羅伊·克爾根據相對論引力方程首次提出壹種全新的旋轉黑洞模型,故我們將它命名為克爾黑洞。
說起從黑洞中提取能量,可能大家就會想到英國物理學家霍金提出的"霍金輻射"理論,霍金將量子力學與相對論相結合,創造性的提出了:黑洞的質量並不是無限增加的、永遠存在的,根據微觀世界之中的量子漲落現象,黑洞會不斷向外釋放攜帶能量的虛粒子,那麽這種能量可不可以被人類提取,為人類所用呢?
答案是:可以,但實際意義不大,實際意義不大並不是指:人類無法制造出在黑洞極大的引力場中能夠保持穩定提取能量(霍金輻射)的儀器,我相信人類的創造力是無限的,只要給我們時間,制造出這種儀器並非是不可能,實際不大指的是黑洞霍金輻射的本身,因為黑洞霍金輻射的能量實在是太小了,壹個恒星級別的黑洞只能輻射出10的負29次方瓦,這種能量連壹只草履蟲都養不活,而制造能夠在黑洞引力場中提取能量的儀器則需要耗費大量的人力、物力、財力,制造儀器的成本和獲得的回報完全不成正比,所以提取黑洞的霍金輻射能量實際意義不大,那麽我們應該如何從黑洞中提取能量呢?
克爾黑洞為人類提取能量提供了可行性辦法,上文提到了,克爾黑洞除了因質量而產生的引力能之外,還有因旋轉而產生的旋轉能,我們如果真的想要從黑洞中提取能量,旋轉能是壹個不錯的選擇。
克爾黑洞提取能量方案:首先,我們需要制造出壹個結構堅固、速度極快的宇宙飛船,然後駕駛飛船快速沿著黑洞的旋轉方向駛進,由於飛船進入了黑洞的旋轉系統,所以黑洞的角動量會減少,黑洞減少的角動量轉移到了飛船上,飛船就會獲得強大的能量,然後以加速運動的形式飛出黑洞,這樣就可以從黑洞中偷走能量,但這個過程中必須要註意壹點,那就是飛船的行駛方向壹定要經過精準的計算,飛船的自身結構壹定要很堅固,以保證飛船不會被黑洞內部旋轉的引力場所撕碎,如果出現這種情況,就算最終飛船飛出了黑洞,恐怕也只能剩下幾張被燒紅的金屬碎片了。