彭罗斯过程是飞入一个快速旋转的黑洞的人体工程层,然后向黑洞释放一点质量或辐射。由此产生的旋转踢出黑洞的速度比你接近它的速度要快。你获得的额外能量是通过减慢黑洞的旋转来平衡的。
黑洞是强大的引力引擎。所以你可能会想象,如果有机会,一定有一种方法可以从它们身上提取能量,你是对的。
当然,我们可以利用黑洞吸积盘和喷流的所有热量和动能,但即使你拥有的只是空旷空间中的黑洞,你仍然可以从一种被称为彭罗斯过程的技巧中提取能量。
罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)于1971年首次提出,这是一种从黑洞中提取旋转能量的方法。它使用一种称为框架拖动的效果,其中旋转的物体扭曲附近的空间,使落向物体的物体沿着旋转路径轻微拖动。
我们已经在地球附近观察到了这种效应,尽管它很小。在旋转的黑洞附近,这种影响可能是巨大的。如此强大,以至于在被称为ergosphere的区域内,物体可以以大于自由空间中光速的速度在黑洞周围被拖曳。
粗略地说,彭罗斯过程是飞入一个快速旋转的黑洞的人体工程层,然后向黑洞释放一点质量或辐射。由此产生的旋转踢出黑洞的速度比你接近它的速度要快。你获得的额外能量是通过减慢黑洞的旋转来平衡的。
从理论上讲,这个过程可以提取高达20%的黑洞质量能量,这是巨大的。相比之下,将氢融合成氦只能产生约1%的质量能量。
当然,理论物理学家永远不会满足。如果你能从黑洞中提取20%的质量能量,为什么不更多呢?
这是最近一篇论文的重点,但应该指出的是,它关注的是一个比我们在宇宙中看到的更抽象的黑洞概念。
简单的黑洞可以用三件事来表征:质量、旋转和电荷。我们观察到的黑洞有前两个,但由于物质是电中性的,所以不是第三个。本文重点研究带电黑洞。
我们的宇宙也在膨胀,可以粗略地用爱因斯坦方程的解来描述,称为德西特空间。它描述了一个具有正宇宙学常数的空宇宙。反德西特空间(AdS)将是一个具有负宇宙学常数的宇宙。
虽然AdS没有描述我们的宇宙,但它允许一些理论家喜欢的数学技巧,因此它经常被用来探索广义相对论的极限。这篇论文专门研究了反德西特空间中的带电黑洞。
虽然这项研究完全是假设的,但作为一个“假设”场景,它很有趣。作者没有从黑洞的旋转中提取能量,而是研究了如何使用Bañados-Silk-West(BSW)效应通过粒子衰变提取能量。
使用某种电磁或物理约束镜,粒子可以在事件视界附近来回反射,从黑洞获得能量,直到它们衰变为可用能量。
正如作者所表明的那样,这个想法的问题在于,这可能导致失控效应,即粒子能量在反馈外观中放大粒子能量,从而导致所谓的黑洞炸弹。因此,如果你发现自己在反德西特宇宙中的带电黑洞附近建造一座发电厂,请小心行事。
但更有趣的是,作者还研究了在原本空旷的反德西特宇宙中出现带电黑洞的情况。在这种情况下,能量也将从黑洞中提取出来。
时空本身的结构将充当一种禁锢室,而不是镜子。因此,带电的黑洞会自行释放能量。它类似于霍金辐射,但在这种情况下,它不依赖于量子引力。作者还发现,这种情况不会导致黑洞炸弹。
如前所述,这些都不适用于我们宇宙中真正的黑洞。据我们所知,彭罗斯进程是我们真正能做的最好的。
但像这样的研究是有用的,因为它们揭示了空间和时间的基本本质。现在我们知道,即使在一个我们只能想象的奇怪的反宇宙中,黑洞也可以随着时间的推移释放能量。
本文最初发表于《今日宇宙》