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← 我們能否駕馭黑洞的力量?

想像在遙遠的未來,人類能夠到地球以外的地方,在數千光年以外的星球上打造城市,並維持銀河的貿易及交通網路。需要什麼才能達成這樣的大躍進?我們要從哪裡找到足夠的能源來供應文明使用?法比歐.帕庫西要帶大家探究,有沒有可能利用黑洞的能量來供應電力給銀河文明使用?

完整課程連結:https://ed.ted.com/lessons/could-we-harness-the-power-of-a-black-hole-fabio-pacucci
課程設計:法比歐.帕庫西
導演:TOTEM Studio

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Showing Revision 3 created 10/24/2020 by Helen Chang.

  1. 想像在遙遠的未來,
  2. 人類能夠到地球以外的地方,
  3. 在數千光年以外的星球上打造城市,
  4. 維持銀河的貿易與交通網路。
  5. 我們的文明需要什麼
    才能達成這樣的大躍進?
  6. 有許多要考量的——
  7. 我們要如何通訊?
  8. 銀河政府會是什麼模樣?
  9. 還有,最基本的考量之一:
  10. 我們要從哪裡找到足夠的能源
    來供應文明使用——
  11. 用在產業上、用來將外星環境地球化、
  12. 用在星艦上?
  13. 不斷演化的文明
    對能源的需求會不斷增加,

  14. 天文學家尼古拉 · 卡爾達肖夫
    提出了一種尺度來將之量化。
  15. 在演化的第一階段,
    也是我們現在所處的階段,
  16. 地球上的燃料來源,如化石燃料、
  17. 太陽能板,以及核能發電廠,
  18. 大概足以供應
  19. 我們這太陽系中
    其他星球的定居所。
  20. 但無法超出這範圍太多。
  21. 對於第三階段
    也就是最終階段的文明而言,
  22. 銀河規模的擴張所需的能量
  23. 大約是我們的太陽
    每秒釋放的 385 佑(10²⁴)焦耳
  24. 再乘以一千億倍。
  25. 除了奇異物理的突破之外,
  26. 就只有一個能源來源
    可以滿足這個條件:
  27. 超大質量黑洞。
  28. 將黑洞視為能源違反直覺,

  29. 但實情就是如此,
    因為它們具有吸積盤:
  30. 由落入事件視界的物質
  31. 所形成的圓形扁平結構。
  32. 因為角動能守恆,

  33. 那裡的粒子不會直直落入黑洞當中。
  34. 反之,它們會緩慢地
    以螺旋軌道移動。
  35. 因為黑洞的引力場很強,
  36. 當這些粒子越緩緩接近事件視界時,
  37. 它們的位能會轉換為動能。
  38. 粒子交互作用會讓這種動能
  39. 被放射到太空中,
  40. 且物質轉為能量的效率高得驚人:
  41. 非旋轉黑洞是 6%,
  42. 旋轉黑洞高達 32%。
  43. 這遠超過目前最有效率且廣為使用的
  44. 能量粹取機制:核融合,
  45. 核融合只能將鈾原子的 0.08%
  46. 轉換為能量。
  47. 若要利用這種力量,
    關鍵在於戴森球,

  48. 物理學家弗里曼 · 戴森
    發明出來的一種結構。
  49. 在六○年代,戴森提出一個理論,
    他認為先進的行星文明
  50. 能夠在主星球的周圍
    建造出一個人工球體,
  51. 捕捉所有從星球放射出去的
    能量,來滿足他們的需求。
  52. 理論上,可以把類似
  53. 但複雜許多的設計應用在黑洞上。
  54. 為了產生能量,
    必須持續「餵食」黑洞,
  55. 所以不能用球體把它整個包住。
  56. 就算我們真的做了,
    許多超大質量黑洞
  57. 從兩極所放射出的電漿噴流
  58. 也會把任何擋在路上的結構給粉碎。
  59. 所以,我們可能要
    改成設計一種戴森環,

  60. 由遠端控制的大型收集器所組成。
  61. 它們會成群移動,
    繞著黑洞形成一個環,
  62. 也許這個環會和吸積盤
    在同一個平面上,但更外圍。
  63. 這些裝置可以用類似鏡子的面板
  64. 將收集到的能量傳輸給電廠,
  65. 或放入電池中儲存。
  66. 我們必須要確保這些收集器
    被建造在正確的半徑上,
  67. 太靠近黑洞,它們會被
    放射出來的能量給熔化。
  68. 太遠就只能收集到
    可得能量中的一小部分,
  69. 且可能會被繞行黑洞的星體給打斷。
  70. 我們可能會需要如赤鐵礦
    這類高度反射性的材料,
  71. 且需要等同好幾個地球的量,
    才能建造完整的系統——
  72. 另外再多拆解幾個行星
  73. 來製造一支建設機器人軍團。
  74. 一旦建造出來,戴森環
    會是一項技術傑作,
  75. 供給能源給散佈在
    銀河系各處的文明。
  76. 這一切可能像是狂野的推測。

  77. 但,就連現在,在我們
    目前的能源危機中,
  78. 我們也面臨到地球上的資源有限。
  79. 永遠都會需要製造
    永續能源的新方法,
  80. 特別是當人類正在朝向
  81. 我們物種的生存與科技進展努力。
  82. 也許在外頭某處已經有一個文明
  83. 成功征服了這些天文巨物。
  84. 我們可能可以看得出來,
  85. 因為能夠看見當部分戴森環
    通過我們和他們之間時,
  86. 黑洞放射出來的光
    會有週期性地變暗。
  87. 或者,也許這些超級結構
    注定永遠都只會是理論。
  88. 只有時間和我們的科學創造力
  89. 才能斷定一切。