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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
    可及的疆域超越了我们淡蓝色的星球，
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    在几千光年之外的星球上建造城市，
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    维护着银河系的贸易
    与交通网络。
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    以我们现在的文明，
    要如何实现这一飞跃？
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    其中有许多事情需要考虑——
    我们该如何沟通？
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    银河系政府将会是
    什么样子？
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    其中最基本的一个问题是：
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    我们将从哪里获得足够的
    能源来驱动这个文明——
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    它的工业、外星环境改造
    以及及宇宙飞船？
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    一位名叫尼古拉·卡尔达肖夫
    （Nikolai Kardashev）的天文学家
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    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。
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    在第一个进化阶段，
    也就是我们现在所处的阶段,
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    基于行星的燃料资源，
    比如化石能源，
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    太阳能电池板和核电站
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    也许足够让我们在太阳系内
    其它星球上定居，
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    但也仅此而已。
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    对于处在第三，也是
    最后阶段的文明来说，
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    在银河系的范畴内进行拓展则需要
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    比太阳每秒释放的 385 尧焦耳
    还要多出 100 亿倍的能量。
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    除非在奇特物理学上取得重大突破，
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    否则只有一种能量来源
    可以满足需要：
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    超大质量黑洞。
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    把黑洞视为能量来源
    是一种反直觉的想法，
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    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）：
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    一种圆形扁平结构，由掉落在
    事件视界（Event horizon）内的物质构成。
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    由于角动量守恒，
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    那里的颗粒物质
    并不直接跌入黑洞，
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    而是开始缓慢盘旋。
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    由于黑洞强大的引力场，
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    这些颗粒
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    在一寸寸接近事件视界时，
    将它们的势能转化成了动能。
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    颗粒之间的相互作用使该动能
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    得以辐射到宇宙空间。
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    其间的物质到能量的
    转化效率非常惊人：
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    非旋转黑洞是 6%，
    而旋转黑洞则可以高达 32%。
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    这大大胜过了核裂变，
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    这一目前最为有效且广泛使用的
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    从物质中提取能量的方法。
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    裂变只能将 0.08% 的
    铀原子转化为能量。
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    开发利用这一能量的关键，
    也许就在于一个由物理学家
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    弗里曼·戴森（Freeman Dyson）设计的，
    被称为“戴森球”的结构。
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    在 20 世纪 60 年代，
    戴森提出，先进的星球文明
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    可以设计建造一个围绕在
    其主要恒星周围的人造球体，
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    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。
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    一个类似，却更为复杂的设计
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    可以在理论上用于黑洞。
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    为了制造能量，
    黑洞需要不间断的补给——
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    所以我们不会想用一个球体
    把它全部覆盖。
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    即使我们这样做了，
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    从许多超大质量黑洞的两极
    射出的等离子射流
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    也会把任何挡路的
    建筑结构炸得粉碎。
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    所以，取而代之，
    我们也许可以设计一种“戴森圈”，
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    由巨大的远程控制的收集器构成。
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    它们沿着环绕黑洞的轨道成群移动，
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    远离吸积盘，
    但与其保持在同一平面上。
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    这些装置可以用类似于镜子的嵌板
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    把收集到的能量传送给动力装置
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    或电池，来进行存储。
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    我们需要确保这些收集器
    建造在正确的半径上:
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    如果太近，它们
    会因辐射出的能量而融化。
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    太远的话，它们则只能
    收集到极小部分的可获能量，
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    而且可能会被那些绕着
    黑洞运行的恒星摧毁。
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    我们很可能需要
    相当于几个地球储量的，
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    如赤矿石这样的高反光材料
    来建造整个系统——
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    再加上几个被拆卸了的星球，
    以组建一支机器人施工军团。
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    一旦建成，这个戴森圈
    将是一个科技杰作。
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    它将驱动文明在整个
    银河系进行传播。
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    这一切看起来似乎是一个疯狂臆测。
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    但是即使是现在，
    在当前的能源危机中，
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    我们也面临着地球资源有限的问题。
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    我们将始终需要新的方法来
    制造可持续能源，
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    特别是当人类这一物种在为生存
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    和科技进步而努力的时候。
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    也许，已经有文明
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    征服了这些天体巨人。
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    也许，我们甚至可以对此有所察觉：
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    当我们看到从他们的黑洞
    射出的光时而变暗时，
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    那是戴森圈的部件
    在我们与他们之间穿过。
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    或许这些超级构造将注定
    停留在理论范畴。
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    只有时间——和我们的科学智慧
    ——才知晓答案。
Title:
我们有可能利用黑洞能量吗？
Speaker:
法比奥·帕库奇
Description:

观看完整课程：https://ed.ted.com/lessons/could-we-harness-the-power-of-a-black-hole-fabio-pacucci

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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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:19

Chinese, Simplified subtitles

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