Return to Video

我們能否駕馭黑洞的力量？

  • 0:08 - 0:10
    想像在遙遠的未來，
  • 0:10 - 0:13
    人類能夠到地球以外的地方，
  • 0:13 - 0:17
    在數千光年以外的星球上打造城市，
  • 0:17 - 0:22
    維持銀河的貿易與交通網路。
  • 0:22 - 0:25
    我們的文明需要什麼
    才能達成這樣的大躍進？
  • 0:25 - 0:27
    有許多要考量的——
  • 0:27 - 0:29
    我們要如何通訊？
  • 0:29 - 0:31
    銀河政府會是什麼模樣？
  • 0:31 - 0:34
    還有，最基本的考量之一：
  • 0:34 - 0:38
    我們要從哪裡找到足夠的能源
    來供應文明使用——
  • 0:38 - 0:41
    用在產業上、用來將外星環境地球化、
  • 0:41 - 0:43
    用在星艦上？
  • 0:44 - 0:47
    不斷演化的文明
    對能源的需求會不斷增加，
  • 0:47 - 0:52
    天文學家尼古拉 · 卡爾達肖夫
    提出了一種尺度來將之量化。
  • 0:53 - 0:56
    在演化的第一階段，
    也是我們現在所處的階段，
  • 0:56 - 1:00
    地球上的燃料來源，如化石燃料、
  • 1:00 - 1:02
    太陽能板，以及核能發電廠，
  • 1:02 - 1:04
    大概足以供應
  • 1:04 - 1:07
    我們這太陽系中
    其他星球的定居所。
  • 1:07 - 1:09
    但無法超出這範圍太多。
  • 1:10 - 1:13
    對於第三階段
    也就是最終階段的文明而言，
  • 1:13 - 1:16
    銀河規模的擴張所需的能量
  • 1:16 - 1:22
    大約是我們的太陽
    每秒釋放的 385 佑（10²⁴）焦耳
  • 1:22 - 1:26
    再乘以一千億倍。
  • 1:26 - 1:29
    除了奇異物理的突破之外，
  • 1:29 - 1:32
    就只有一個能源來源
    可以滿足這個條件：
  • 1:32 - 1:35
    超大質量黑洞。
  • 1:36 - 1:40
    將黑洞視為能源違反直覺，
  • 1:40 - 1:44
    但實情就是如此，
    因為它們具有吸積盤：
  • 1:44 - 1:47
    由落入事件視界的物質
  • 1:47 - 1:50
    所形成的圓形扁平結構。
  • 1:50 - 1:53
    因為角動能守恆，
  • 1:53 - 1:57
    那裡的粒子不會直直落入黑洞當中。
  • 1:57 - 2:00
    反之，它們會緩慢地
    以螺旋軌道移動。
  • 2:00 - 2:04
    因為黑洞的引力場很強，
  • 2:04 - 2:07
    當這些粒子越緩緩接近事件視界時，
  • 2:07 - 2:10
    它們的位能會轉換為動能。
  • 2:10 - 2:13
    粒子交互作用會讓這種動能
  • 2:13 - 2:15
    被放射到太空中，
  • 2:15 - 2:19
    且物質轉為能量的效率高得驚人：
  • 2:19 - 2:22
    非旋轉黑洞是 6%，
  • 2:22 - 2:25
    旋轉黑洞高達 32%。
  • 2:26 - 2:31
    這遠超過目前最有效率且廣為使用的
  • 2:31 - 2:35
    能量粹取機制：核融合，
  • 2:35 - 2:40
    核融合只能將鈾原子的 0.08%
  • 2:40 - 2:42
    轉換為能量。
  • 2:43 - 2:47
    若要利用這種力量，
    關鍵在於戴森球，
  • 2:47 - 2:52
    物理學家弗里曼 · 戴森
    發明出來的一種結構。
  • 2:52 - 2:57
    在六○年代，戴森提出一個理論，
    他認為先進的行星文明
  • 2:57 - 3:01
    能夠在主星球的周圍
    建造出一個人工球體，
  • 3:01 - 3:06
    捕捉所有從星球放射出去的
    能量，來滿足他們的需求。
  • 3:06 - 3:09
    理論上，可以把類似
  • 3:09 - 3:13
    但複雜許多的設計應用在黑洞上。
  • 3:13 - 3:17
    為了產生能量，
    必須持續「餵食」黑洞，
  • 3:17 - 3:21
    所以不能用球體把它整個包住。
  • 3:21 - 3:24
    就算我們真的做了，
    許多超大質量黑洞
  • 3:24 - 3:26
    從兩極所放射出的電漿噴流
  • 3:26 - 3:30
    也會把任何擋在路上的結構給粉碎。
  • 3:30 - 3:34
    所以，我們可能要
    改成設計一種戴森環，
  • 3:34 - 3:37
    由遠端控制的大型收集器所組成。
  • 3:37 - 3:40
    它們會成群移動，
    繞著黑洞形成一個環，
  • 3:40 - 3:44
    也許這個環會和吸積盤
    在同一個平面上，但更外圍。
  • 3:44 - 3:47
    這些裝置可以用類似鏡子的面板
  • 3:47 - 3:50
    將收集到的能量傳輸給電廠，
  • 3:50 - 3:53
    或放入電池中儲存。
  • 3:53 - 3:58
    我們必須要確保這些收集器
    被建造在正確的半徑上，
  • 3:58 - 4:01
    太靠近黑洞，它們會被
    放射出來的能量給熔化。
  • 4:01 - 4:06
    太遠就只能收集到
    可得能量中的一小部分，
  • 4:06 - 4:09
    且可能會被繞行黑洞的星體給打斷。
  • 4:09 - 4:13
    我們可能會需要如赤鐵礦
    這類高度反射性的材料，
  • 4:13 - 4:17
    且需要等同好幾個地球的量，
    才能建造完整的系統——
  • 4:17 - 4:20
    另外再多拆解幾個行星
  • 4:20 - 4:23
    來製造一支建設機器人軍團。
  • 4:23 - 4:27
    一旦建造出來，戴森環
    會是一項技術傑作，
  • 4:27 - 4:32
    供給能源給散佈在
    銀河系各處的文明。
  • 4:32 - 4:35
    這一切可能像是狂野的推測。
  • 4:35 - 4:38
    但，就連現在，在我們
    目前的能源危機中，
  • 4:38 - 4:42
    我們也面臨到地球上的資源有限。
  • 4:42 - 4:46
    永遠都會需要製造
    永續能源的新方法，
  • 4:46 - 4:48
    特別是當人類正在朝向
  • 4:48 - 4:52
    我們物種的生存與科技進展努力。
  • 4:52 - 4:55
    也許在外頭某處已經有一個文明
  • 4:55 - 4:58
    成功征服了這些天文巨物。
  • 4:58 - 5:00
    我們可能可以看得出來，
  • 5:00 - 5:05
    因為能夠看見當部分戴森環
    通過我們和他們之間時，
  • 5:05 - 5:08
    黑洞放射出來的光
    會有週期性地變暗。
  • 5:08 - 5:13
    或者，也許這些超級結構
    注定永遠都只會是理論。
  • 5:13 - 5:16
    只有時間和我們的科學創造力
  • 5:16 - 5:18
    才能斷定一切。
Title:
我們能否駕馭黑洞的力量？
Speaker:
法比歐．帕庫西
Description:

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
more » « less
Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:19

Chinese, Traditional subtitles

Revisions

Our website uses cookies for analysis purposes.