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能量相当于10万个太阳,黑洞的吸积盘,也能成为生命的家园?

20世纪初,随着爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论的问世,物理学进入了一个新的时代,宇宙学也跟着沾了不少光。

而在一系列和相对论有关的“新发现”中,黑洞无疑是最引人注目的。

因为它达到了物理学中的“引力极限”,连每秒30万公里的光都无法逃逸出黑洞的引力深井,相较之下逃出地球的第二宇宙速度,只有11.2km/s,能逃出太阳系的第三宇宙速度,也只需要16.7km/s。

因此在很多人的认知里,黑洞就是一颗完全黑暗的天体,它无情吞噬着宇宙中的物质和信息,是宇宙中最有效率的粉碎机。

但在物理学家眼里,黑洞还是一座能量的宝库,因为恒星或者其他物质在被黑洞吞噬之前,首先会形成一个绕黑洞旋转的圆盘,天文学上把这个叫做吸积盘。

在2019年公布的第一张真实的黑洞照片里,酷似蜂窝煤的红色光晕,就是黑洞的吸积盘,而中心的黑色朦胧区域才是黑洞的本体。

由于黑洞本身有着极强的引力,所以大量物质在被撕碎融入吸积盘后,会因为引力作用而相互摩擦并旋转,产生的热量让黑洞吸积盘成了宇宙中最亮的现象之一,而在物理学上,热量就意味着能量。

根据天文学家的计算,只要行星和黑洞保持合适的距离,黑洞完全可以代替恒星的角色,用吸积盘来给行星上的生命提供光和热,比如《星际穿越》中的那几颗星球,光和热就来自于远处的老年黑洞“卡冈图雅”。

所以从理论上来说,黑洞附近的星球也能成为生命和文明的家园,唯一的“坏处”就是黑洞周围的时间膨胀比较严重,所以生活在黑洞附近的文明,时间流逝速度会异常缓慢,而在黑洞影响范围之外的文明看来,黑洞附近的文明会以为时间膨胀的原因,处于静止状态,好似生活在时间牢笼里一样。

20世纪60年代,物理学家戴森提出了包裹恒星吸收光和热来做功的“戴森球”,但由于恒星的体积和质量往往占据了所在星系质量的绝大部分,所以星系内剩余的物质总量是不足以建造包裹恒星的戴森球的,因此戴森球长期以来都属于科幻设施。

不过随着黑洞的被发现和研究,天文学家们开始意识到戴森球并非不可行,因为黑洞比恒星要小很多,且吸积盘向外辐射的能量比太阳高10万倍,所以包裹黑洞要远比包裹恒星来得容易,所获得的能量也更可观。

现在就有科学家相信,在宇宙中一定有一些黑洞,已经被改造成了超级文明的干电池,它们的吸积盘向外辐射的能量有相当一部分都被吸收做功了。甚至不排除超级文明自发制造黑洞,用来当作能量来源的可能性。

其实对现在都人类文明来说,黑洞的形成机制也不是什么秘密,就是单纯的质量或者能量,堆积于时空中的一点而已,所以除了大质量恒星坍塌能形成黑洞外,用于物理实验的超级对撞机内部也有可能产生黑洞。

早在2008年欧洲大型强子对撞机开机的时候,就有人担心它会撞出黑洞吞噬地球,不过物理学家根据霍金的“黑洞辐射理论”告诉大家无须担心,因为撞出来的黑洞会因为质量太小而很快蒸发,而且在对撞机管道内的高度真空环境里,也没什么物质能供黑洞吞噬。

在可以预见的未来,黑洞更多还是会以照片的形式被我们熟知,因为现实宇宙中距离地球最近的黑洞都在1500光年外,所以在开发出虫洞技术或者光速飞船之前,人类文明大概率是没有机会亲眼目睹宇宙中的天然黑洞的。