脑洞大开：我们能从黑洞中偷能量吗？

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在广义相对论中，宇宙空间中存在着这样一种天体，它有着极为强大的引力，以至于“时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱”，这就是黑洞，宇宙中最神秘，最迷人的天体之一。 

几十年来，研究黑洞的科学家及团队有许多。由于研究对象太“有个性”，以至于科学家们将脑洞越开越大，多角度拓展研究视角。比如，有科学家在琢磨，既然黑洞能产生如此大的能量，我们可以不可以从黑洞“偷”一些来用呢？

假设未来人类社会能够实现这一壮举，那么遥远的银河系文明似乎真的有望实现。科学家们对此提出了种种猜想，试图让这种能量的获取成为现实。

诺奖得主、牛津大学物理学家、数学家罗杰•彭罗斯（Roger Penrose）曾提出“粒子分裂”说，后来被命名为“Penrose process”：粒子在黑洞视界外的区域（能层）分裂成两部分，一部分落入视界，另一部分逃逸出来。这部分逃逸物体产生的能量在理论上是可以被提取的。斯蒂芬•霍金则主张“量子力学发射”说：能量可以通过黑洞周围的磁场以电磁方式，通过量子力学发射而被提取出来。

为了“偷”到黑洞的能量，科学家们尽情发挥着奇思妙想。最近，哥伦比亚大学天体物理学家卢卡•科米索（Luca Comisso）与智利阿道夫伊巴涅斯大学物理学家费利佩•A•阿森霍（Felipe A.Asenjo）合作的一项研究，提出了一种新猜想，为黑洞能量的提取提供了一种全新思路。

他们的理论基础是，在科学家虚拟的黑洞边界（这个边界之内任何物质无法逃离）——事件视界之外，存在一个能层（ergosphere，也叫动圈）的区域。在能层内，磁力线不断地经历断裂、重新连接，在这种情形下，等离子被加速到接近光速甩出。等离子的运动方向也不一致，有的沿着黑洞旋转的方向运动、有的则是反向运动。在这个混沌的状态下，等离子将累积负能量。

该研究的第一作者哥伦比亚大学研究员科莫索（Luca Comisso）说：“黑洞周围通常被带有磁场的等离子‘热汤’包围着。我们的理论认为，当这个磁场内的磁力线反复断裂又重新连接的情形下，等离子会被加速至产生负能量，我们利用这个特性从黑洞提取能量。”

“黑洞质量巨大，自然蕴含着同样巨大的能量。不幸的是，它们都被锁在一个光滑的时空洞底部。在黑洞旋转的条件下，时空被拖拽变形，一些能量会被释放给从黑洞逃逸出来的等离子体，这些泄漏的能量让我们能趁机从这个巨大的能量池中‘偷’一点点出来。”阿森霍解释说：“根据我们的计算，等离子体通电的过程可以激发出150%的效率，远远高于地球上任何运行的发电厂。”

科学家发现，这种从黑洞中逃逸出来的能量可能已经存在了很久，因此我们在地球上才能探测到强大的辐射爆发——黑洞耀斑。这一发现可以让天文学家更好地估计黑洞的自旋，甚至可能为未来能源获取开创一个新渠道。目前，这项研究结果已经发表在《物理评论D》上。

论文链接：

https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.103.023014

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