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← 我们有可能利用黑洞能量吗?

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想象一下,在遥远的未来,人类可及的疆域超越了地球,在几千光年之外的星球上建造城市,维持着银河系的贸易与交通网络。怎样才能实现这个飞跃?我们将从哪里获得足够的能源来驱动这个文明?法比奥·帕库奇(Fabio Pacucci)探讨了利用黑洞能量来驱动银河系文明的可能性。

法比奥·帕库奇主讲,TOTEM 工作室指导。

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Showing Revision 11 created 11/29/2020 by Yolanda Zhang.

  1. 想象一下,在遥远的未来,人类
    可及的疆域超越了我们淡蓝色的星球,
  2. 在几千光年之外的星球上建造城市,
  3. 维护着银河系的贸易
    与交通网络。
  4. 以我们现在的文明,
    要如何实现这一飞跃?
  5. 其中有许多事情需要考虑——
    我们该如何沟通?
  6. 银河系政府将会是
    什么样子?
  7. 其中最基本的一个问题是:
  8. 我们将从哪里获得足够的
    能源来驱动这个文明——
  9. 它的工业、外星环境改造
    以及及宇宙飞船?
  10. 一位名叫尼古拉·卡尔达肖夫
    (Nikolai Kardashev)的天文学家

  11. 提出了一个量表,用以量化文明
    在进化中对能量不断增长的需求。
  12. 在第一个进化阶段,
    也就是我们现在所处的阶段,
  13. 基于行星的燃料资源,
    比如化石能源,
  14. 太阳能电池板和核电站
  15. 也许足够让我们在太阳系内
    其它星球上定居,
  16. 但也仅此而已。
  17. 对于处在第三,也是
    最后阶段的文明来说,
  18. 在银河系的范畴内进行拓展则需要
  19. 比太阳每秒释放的 385 尧焦耳
    还要多出 100 亿倍的能量。
  20. 除非在奇特物理学上取得重大突破,
  21. 否则只有一种能量来源
    可以满足需要:
  22. 超大质量黑洞。
  23. 把黑洞视为能量来源
    是一种反直觉的想法,

  24. 但它们的自然特性就是如此。
    这要归结于它们的吸积盘(Accretion disk):
  25. 一种圆形扁平结构,由掉落在
    事件视界(Event horizon)内的物质构成。
  26. 由于角动量守恒,

  27. 那里的颗粒物质
    并不直接跌入黑洞,
  28. 而是开始缓慢盘旋。
  29. 由于黑洞强大的引力场,
  30. 这些颗粒
  31. 在一寸寸接近事件视界时,
    将它们的势能转化成了动能。
  32. 颗粒之间的相互作用使该动能
  33. 得以辐射到宇宙空间。
  34. 其间的物质到能量的
    转化效率非常惊人:
  35. 非旋转黑洞是 6%,
    而旋转黑洞则可以高达 32%。
  36. 这大大胜过了核裂变,
  37. 这一目前最为有效且广泛使用的
  38. 从物质中提取能量的方法。
  39. 裂变只能将 0.08% 的
    铀原子转化为能量。
  40. 开发利用这一能量的关键,
    也许就在于一个由物理学家

  41. 弗里曼·戴森(Freeman Dyson)设计的,
    被称为“戴森球”的结构。
  42. 在 20 世纪 60 年代,
    戴森提出,先进的星球文明
  43. 可以设计建造一个围绕在
    其主要恒星周围的人造球体,
  44. 用它来捕获恒星所辐射出的
    所有能量,从而满足他们的需求。
  45. 一个类似,却更为复杂的设计
  46. 可以在理论上用于黑洞。
  47. 为了制造能量,
    黑洞需要不间断的补给——
  48. 所以我们不会想用一个球体
    把它全部覆盖。
  49. 即使我们这样做了,
  50. 从许多超大质量黑洞的两极
    射出的等离子射流
  51. 也会把任何挡路的
    建筑结构炸得粉碎。
  52. 所以,取而代之,
    我们也许可以设计一种“戴森圈”,

  53. 由巨大的远程控制的收集器构成。
  54. 它们沿着环绕黑洞的轨道成群移动,
  55. 远离吸积盘,
    但与其保持在同一平面上。
  56. 这些装置可以用类似于镜子的嵌板
  57. 把收集到的能量传送给动力装置
  58. 或电池,来进行存储。
  59. 我们需要确保这些收集器
    建造在正确的半径上:
  60. 如果太近,它们
    会因辐射出的能量而融化。
  61. 太远的话,它们则只能
    收集到极小部分的可获能量,
  62. 而且可能会被那些绕着
    黑洞运行的恒星摧毁。
  63. 我们很可能需要
    相当于几个地球储量的,
  64. 如赤矿石这样的高反光材料
    来建造整个系统——
  65. 再加上几个被拆卸了的星球,
    以组建一支机器人施工军团。
  66. 一旦建成,这个戴森圈
    将是一个科技杰作。
  67. 它将驱动文明在整个
    银河系进行传播。
  68. 这一切看起来似乎是一个疯狂臆测。

  69. 但是即使是现在,
    在当前的能源危机中,
  70. 我们也面临着地球资源有限的问题。
  71. 我们将始终需要新的方法来
    制造可持续能源,
  72. 特别是当人类这一物种在为生存
  73. 和科技进步而努力的时候。
  74. 也许,已经有文明
  75. 征服了这些天体巨人。
  76. 也许,我们甚至可以对此有所察觉:
  77. 当我们看到从他们的黑洞
    射出的光时而变暗时,
  78. 那是戴森圈的部件
    在我们与他们之间穿过。
  79. 或许这些超级构造将注定
    停留在理论范畴。
  80. 只有时间——和我们的科学智慧
    ——才知晓答案。