我们能从黑洞中获取能量吗?哥伦比亚大学的研究揭示了如何提取能源

黑洞扭曲的世界

从侧面看,围绕着黑洞旋转的气体盘呈现出疯狂的双峰状。来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心/杰里米·施尼特曼

哥伦比亚大学的一项新研究表明,可以通过重新连接磁场线从黑洞中提取能量。

爱因斯坦的广义相对论(连接空间、时间和引力的理论)中有一个引人注目的预言,即旋转的黑洞有大量的能量可以利用。

在过去的50年里,科学家们一直试图找到释放这种力量的方法。诺贝尔物理学家罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)的理论认为,粒子衰变可以从a黑洞;斯蒂芬·霍金提出,黑洞可以通过量子力学发射释放能量;而Roger Blandford和Roman Znajek建议电磁转矩作为能量提取的主要手段。

现在,在《华尔街日报》发表的一项研究中物理评论D,物理学家Luca Comisso来自哥伦比亚大学智利阿道夫·伊巴涅斯大学(university of Adolfo Ibanez)的费利佩·阿森霍(Felipe Asenjo)发现了一种从黑洞中提取能量的新方法,方法是在事件视界附近打破并重新连接磁力线,在这个点上,任何东西,甚至包括光,都无法逃脱黑洞的引力。

“黑洞通常被一种热‘汤’包围等离子体哥伦比亚大学的研究科学家、这项研究的第一作者卢卡·科米索(Luca Comisso)说。“我们的理论表明,当磁力线以正确的方式断开和重新连接时,它们可以将等离子粒子加速到负能量,从而提取大量的黑洞能量。”

Comisso说,这一发现可以让天文学家更好地估计黑洞的自旋,驱动黑洞能量发射,甚至可能为先进文明提供能源。

为什么重新连接工作

Comisso和Asenjo建立他们的理论的前提是重新连接磁场会使等离子体粒子向两个不同的方向加速。一个等离子体流被推到黑洞的自旋方向,而另一个等离子体流被推到自旋的方向,可以逃脱黑洞的控制,如果被黑洞吞噬的等离子体具有负能量,就会释放能量。

“这就像一个人可以通过吃含负热量的糖果来减肥,”Comisso说,他解释说,黑洞本质上是通过吃负能量粒子来损失能量的。“这听起来可能很奇怪,”他说,“但它可能发生在一个叫做能层的区域,在那里,时空连续体的旋转速度非常快,以至于每个物体的旋转方向都与黑洞相同。”

在能层内部,磁重联是如此极端,以至于等离子体粒子的速度被加速到接近光速。

Asenjo是阿道夫·伊巴涅斯大学的物理学教授,也是这项研究的合著者,他解释说,捕获的和逃逸的等离子体流之间的高相对速度,正是这个过程能够从黑洞中提取大量能量的原因。

Asenjo说:“我们计算出,等离子体给电的过程可以达到150%的效率,比地球上运行的任何发电厂都要高。”“实现超过100%的效率是可能的,因为黑洞会泄露能量,而这些能量是免费提供给从黑洞逃逸的等离子体的。”

未来的能源?

Comisso和Asenjo设想的能量提取过程可能已经在大量的黑洞中运行。这可能是驱动黑洞耀斑的原因——从地球上可以探测到的强大的辐射爆发。

Asenjo说:“我们对黑洞附近如何发生磁重连的了解增加了,这可能对指导我们解释当前和未来的望远镜观测黑洞(比如视界望远镜观测到的黑洞)至关重要。”

虽然这听起来像是科幻小说里的东西,但从黑洞中开采能源可能是我们未来能源需求的答案。

康米索说:“从现在开始的数千年或数百万年,人类可能能够在黑洞周围生存,而不需要利用恒星的能量。”“这本质上是一个技术问题。如果我们从物理上看,没有什么可以阻止它。”

这项研究中,磁重联作为一种从旋转黑洞中提取能量的机制,由美国国家科学基金会的宇宙之窗倡议,美国国家航空航天局以及智利的国家科学技术发展基金。

“这项工作中讨论的想法和概念真的很吸引人,”国家科学基金会(National Science Foundation)项目主任维亚切斯拉夫(Slava)卢金(Vyacheslav)说。他说,国家科学基金会的目标是催化基于前沿观测的新理论努力,将理论物理学和观测天文学结合在一起。

Lukin补充说:“我们期待着将黑洞天体物理学看似深奥的研究转化为实用领域。”

参考:“磁重连作为旋转黑洞能量提取的机制”,2021年1月13日,物理评论D
DOI: 10.1103 / PhysRevD.103.023014

1评论关于“我们能利用黑洞的能量吗?”哥伦比亚大学的研究揭示了如何提取能源

  1. 也许这里没有说的是这是我第一次通过负能量量子粒子听说的“负能量”。在另一篇文章中,米格尔·阿尔库维耶雷提出了一种设计曲速场引擎的设想,这种引擎允许以比光速更快的速度飞行,但它需要“负能量”,而目前还没有已知的方法来创造这种能量。如果制造和断裂磁场线可以产生真正的负能量量子粒子那么据我所知,这是第一个甚至是可行的方法来创造这种扭曲场,这与广义相对论一致,当然是最低要求。这或许是有希望的。我是一个退休的物理学家,喜欢思考各种可能性。

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