北京
閱讀時(shí)長：3分鐘 | 黑洞能量提取不再只是理論
如果有一天，人類能從黑洞身上“薅羊毛”，那會(huì)發(fā)生什么？
其實(shí)，早在半個(gè)多世紀(jì)前，物理學(xué)家就認(rèn)真思考過這個(gè)問題。如今，這個(gè)曾經(jīng)幾乎無法驗(yàn)證的理論，終于在實(shí)驗(yàn)室里邁出了關(guān)鍵的一步。
在一項(xiàng)最新研究中，科學(xué)家成功讓電磁波從一個(gè)靜止設(shè)備中獲得額外能量，首次在實(shí)驗(yàn)室中重現(xiàn)了黑洞能量提取理論的核心物理機(jī)制。
黑洞真的可以釋放能量嗎？
很多人認(rèn)為，黑洞只會(huì)吞噬一切。但事實(shí)上，并非所有進(jìn)入黑洞附近的能量都會(huì)消失。
1969年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主羅杰·彭羅斯提出了著名的彭羅斯過程。
快速旋轉(zhuǎn)的黑洞周圍存在一個(gè)特殊區(qū)域，稱為能層。由于黑洞劇烈旋轉(zhuǎn)，它會(huì)拖拽附近的時(shí)空一起旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象被稱為參考系拖拽，是廣義相對論的重要預(yù)言之一。
彭羅斯設(shè)想，如果一個(gè)粒子進(jìn)入能層并分裂，其中一部分落入黑洞，另一部分則可能帶著比原來更多的能量逃離。額外增加的能量，其實(shí)來自黑洞自身的旋轉(zhuǎn)能量。
1971年，蘇聯(lián)物理學(xué)家雅科夫·澤爾多維奇進(jìn)一步提出一個(gè)大膽預(yù)測。他認(rèn)為，不僅粒子可以提取旋轉(zhuǎn)能量，波也可以做到。
如果一束電磁波、聲波甚至其他波，與一個(gè)旋轉(zhuǎn)速度足夠快的物體相互作用，在滿足一定條件時(shí)，波不僅不會(huì)衰減，反而會(huì)吸收旋轉(zhuǎn)物體的一部分能量，使自身振幅不斷增強(qiáng)。
這種現(xiàn)象被稱為旋轉(zhuǎn)超輻射。
它本質(zhì)上是一種特殊的能量放大機(jī)制，也是黑洞物理中極具代表性的理論之一。
然而，一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題始終困擾著科學(xué)家，實(shí)驗(yàn)室里幾乎沒有任何機(jī)械裝置能夠轉(zhuǎn)得這么快。因此，幾十年來，這一理論始終缺乏直接實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
這項(xiàng)最新研究最巧妙的地方，就在于徹底繞開了機(jī)械旋轉(zhuǎn)。研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種由多個(gè)電子諧振器組成的環(huán)形裝置，并按照精確的時(shí)間順序不斷調(diào)制每個(gè)單元的電磁特性。
雖然整個(gè)裝置始終靜止，但這些不斷變化的參數(shù)，會(huì)在環(huán)形結(jié)構(gòu)中形成一種持續(xù)傳播的動(dòng)態(tài)模式。
對于傳播其中的電磁波來說，這種變化幾乎與一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的物體沒有區(qū)別。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，當(dāng)具有特定角動(dòng)量特性的電磁波進(jìn)入這一系統(tǒng)后，確實(shí)會(huì)從這種“合成旋轉(zhuǎn)”中獲得能量。
今日太空小問答：如果一個(gè)黑洞完全不旋轉(zhuǎn)，理論上的彭羅斯過程還能發(fā)生嗎？
A. 可以
B. 不可以
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