皆道乌洞“爱财如命” 迷信家却念从中“榨与”
发布时间:2020-08-25  点击数:

  都说黑洞“爱财如命” 科学家却想从中“榨取”能量

  拿起黑洞,人们第一时光推测的常常是其可以吞噬所有的宏大引力。想象一下,如果在星际游览时遭受黑洞,将是一件如许可怕、尽看的事情。但是,对这个连光也无法逃走的“魔窟”,科学家们却想要从中“榨取”能量,为我所用。

  近期,一个外洋研究团队经过物理真验,测验考试着往解问这个搅扰科学家半个多世纪的问题——咱们可以从黑洞中获取能量吗?应研究结果远期揭橥在《天然物理学》期刊上。

  50年前就有勇敢猜念

  1969年,英国数学物理学家罗杰·彭罗斯提出了一个从黑洞中获取能量的年夜胆猜想,被称为“彭罗斯过程”。

  黑洞实际上是个人人族,可根据分歧的分类尺度分红多品种型。假如依据黑洞的3个参量——品质、角动量和电荷分类,可将其分为4类,即史瓦西黑洞,不带电荷且不旋转;莱斯纳黑洞,带有电荷但不旋转;克尔黑洞,旋转当心不带电荷;克我一纽曼黑洞,既带电荷也会旋转。彭罗斯过程针对付的就是前面两类黑洞,即旋转的黑洞。

  “彭罗斯过程是经由过程将一个物体拾进黑洞的能层来获得能度。”中国迷信院国度地理台研究员苟利军正在接收科技日报记者采访时道。

  能层是旋转黑洞的特有构造,位于黑洞的界限——事宜视界除外的一种结构。能层存在一个使人惊疑的特征,能层中可以存在负能量的粒子,这类负能量的粒子与黑洞转动偏向相反。苟利军解释说,彭罗斯过程当中,被扔进能层的物体或粒子在某些条件下被一分为发布,一部门被黑洞吸出来,而另外一部分则逃走了黑洞。能量是守恒的,鉴于能层的特性,如果被吸收的物质能量为负,遁劳的物质能量则会比初时更下。这就意味着,我们从黑洞中获取了能量。

  “彭罗斯过程提与的能量起源于黑洞的滚动能。”中国科学技巧年夜学天文学系教学袁业飞在接受科技日报记者采访时表现,陶醉的物度能量增添,黑洞的能量必然削减,现实上便是黑洞的扭转速率缓了上去,动弹能有所丧失。能够预判,被吸进的物资扭转标的目的必定会取黑洞的旋转偏向相反。

  乌洞没有是试验室里的小黑鼠,无奈简略“抓”去一个细心研讨。因而,彭罗斯进程一直是个料想,不人敢断行那个猖狂的主意能否实能完成。

  1971年,即彭罗斯过程提出2年后,苏联物理学家泽尔讲维偶提出了一种可能的测验方式。他倡议用可能吸支能量的资料造成圆柱体,模仿旋转的黑洞,再向其发射光波。他预言光波会被圆柱体“缩小”,即转动的金属圆柱体接收背能量的光波,碰击圆柱体后出射光波频次会增长,辐射总能量删减,即所谓的超辐射。

  但是,现有前提的限度又一次给科学家泼了一盆热火。

  “如果要到达这一后果,必需让圆柱体旋转的速度充足大,至多应与入射光波频率数值相称。”袁业飞进一步说明,光波的频率普通在兆赫兹(MHz)或凶赫兹(GHz)。这象征着圆柱体一秒内要转动100万圈乃至10亿圈,这是现实中的机器马达无法实现的。

  在此次最新研究中,研究人员奇妙天时用声波取代光波,模拟了这一实验,辐射的声波果真被“放大”,增加的能量多达30%以上。袁业飞告知记者,这是因为声波的频率范畴广,研究人员可以选用远比光波频率低的低频声波,如斯“黑洞替换品”的转速就可以降到工资可实现的速量。

  “该研究实践上模拟的是彭罗斯过程背地的物理实质,其实不代表彭罗斯过程真能实现。由于黑洞离我们很遥远,无法在现有条件下用黑洞做实验来验证。”袁业飞表示。

  正如研究职员所说,他们的研究成果并出有令人类在从旋转黑洞中提取能量的途径上更进一步。

  “压迫”能量有两种计划

  猎奇心和想象力是推进科学发作的一对同党。固然目前彭罗斯过程还没有法考证,但这丝绝不能拦阻科学家对“榨取”黑洞能量的固执寻求。

  “今朝教者们提出了两种思绪。”袁业飞说。

  一种是提取黑洞的转动能。固然,这一思路针对的是旋转黑洞。根据能量守恒定律,如果我们从中胜利获取能量,黑洞的转速将会下降,缺掉一局部转动能,就如彭罗斯过程个别。

  另一种思路是提取黑洞的引力势能。这一思路对黑洞的类别没有请求,因为贪图黑洞都具备伟大的引力。平常生涯中,如果从高楼上扔下一个物体,物体的速度将越来越快,这是重力势能改变为物体动能的罕见例子。黑洞也是如此,如果将处于等离子身形的气体扔到黑洞外面,跟着距离黑洞愈来愈近,气体的活动速度也会越来越快,等离子体中粒子彼此碰撞,从而热化,辐射出照顾能量的光子。这种能量提取的过程,现实上是黑洞的引力能转化为物体的动能,再转化为热能,将能量从黑洞中“搬运”出来。这就是我们平日所知道的黑洞四周吸积盘辐射的能量来源。

  袁业飞弥补道,钱柜qg111手机官网,据估量,黑洞引力能的能量提取率约为5.7%。可别认为如许的效力很低,要晓得目后人们从核散变中提取的能量唯一0.7%。根据爱因斯坦质能圆程,1克物质经由过程黑洞的引力能转换后,获取的能量实践上要凌驾其运动质量对答能量的5.7%,这一数值极其可不雅。

  而对提取黑洞转动能这一思路,其能量提取率则可高达43%阁下。

  未来或成星际观光“充电站”

  “浩大的宇宙中,黑洞不可计数。此前有科学家预算过,质量大于10倍太阳质量的黑洞数量应当跨越1亿个。如果能将这些黑洞皆改革成能源‘补给站’,将是件十分震动的事件。”苟利军感叹道。

  设想一下,冗长的星际观光中,人们正果燃料告罄而接近失望时,忽然发明邻近就有一个黑洞。古时的胆怯届时将化为谦腔欢乐——动力题目水到渠成,宇宙飞船“满血回生”,背着更深的太空跟更多的已知进收!

  然而,幻想很饱满,现实却很骨感。目前因为诸多现实条件的制约,只能让“黑洞能源站”的假想停止在科幻的天下里。

  起首,“我们还不具有能够仔细不雅测黑洞的高辨别率千里镜。如果连观察工具的本质都没有弄明白,道何利用。”苟利军说。

  “黑洞间隔我们非常远近,应用这一悠远的天体‘发电’,今朝借只是个观点,我们很易设想一个详细的办法和过程。”袁业飞坦言。

  不外,未来老是充斥未知,正如人们现代的翱翔梦曾经在古代成了事实。“良多时辰,科幻会为科学埋下一颗种子,我们等待着它能在将来死根抽芽。”苟利军说。

  练习记者 于紫月
【编纂:房家梁】