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  提起黑洞,人们第一时间想到的往往是其能够吞噬一切的巨大引力。想象一下,如果在星际旅行时遭遇黑洞,将是一件多么恐怖、绝望的事情。然而,对这个连光也无法逃脱的“魔窟”,科学家们却想要从中“榨取”能量,为我所用。

  近期,一个国际研究团队通过物理实验,尝试着去解答这个困扰科学家半个多世纪的问题——我们可以从黑洞中获取能量吗?该研究成果近期发表在《自然物理学》期刊上。

  50年前就有大胆猜想

  1969年,英国数学物理学家罗杰·彭罗斯提出了一个从黑洞中获取能量的大胆猜想,被称为“彭罗斯过程”。

  黑洞其实是个大家族,可根据不同的分类标准分成多种类型。如果根据黑洞的3个参量——质量、角动量和电荷分类,可将其分为4类,即史瓦西黑洞,不带电荷且不旋转;莱斯纳黑洞,带有电荷但不旋转;克尔黑洞,旋转但不带电荷;克尔一纽曼黑洞,既带电荷也会旋转。彭罗斯过程针对的就是后面两类黑洞,即旋转的黑洞。

  “彭罗斯过程是通过将一个物体丢入黑洞的能层来获取能量。”中国科学院国家天文台研究员苟利军在接受科技日报记者采访时说。

  能层是旋转黑洞的特有结构,位于黑洞的边界——事件视界之外的一种结构。能层具有一个令人惊奇的特性,能层中可以存在负能量的粒子,这种负能量的粒子与黑洞转动方向相反。苟利军解释说,彭罗斯过程中,被扔进能层的物体或粒子在某些条件下被一分为二,一部分被黑洞吸进去,而另一部分则逃脱了黑洞。能量是守恒的,鉴于能层的特性,如果被吸收的物质能量为负,逃逸的物质能量则会比初时更高。这就意味着,我们从黑洞中获取了能量。

  “彭罗斯过程提取的能量来源于黑洞的转动能。”中国科学技术大学天文学系教授袁业飞在接受科技日报记者采访时表示,逃逸的物质能量增加,黑洞的能量必然减少,实际上就是黑洞的旋转速度慢了下来,转动能有所损失。可以预判,被吸入的物质旋转方向必然会与黑洞的旋转方向相反。

  黑洞不是实验室里的小白鼠,无法简单“抓”来一个仔细研究。因此,彭罗斯过程始终是个猜想,没有人敢断言这个疯狂的想法是否真能实现。

  1971年,即彭罗斯过程提出2年后,苏联物理学家泽尔道维奇提出了一种可能的检验方法。他建议用能够吸收能量的材料制成圆柱体,模拟旋转的黑洞,再向其发射光波。他预言光波会被圆柱体“放大”,即转动的金属圆柱体吸收负能量的光波,撞击圆柱体后出射光波频率会增加,辐射总能量增加,即所谓的超辐射。