質能轉化高達42%,比人類核電站效率還高,宇宙才是真正的百寶箱

2019-04-26     宇宙印象

除了恆星,宇宙中還有其他質能轉換途徑,只是我們沒有深入了解,最典型的案例就是黑洞。將黑洞描述成一個質能轉換機器也是可以的,黑洞吸積伴星的時候質量被拖入黑洞,轉變為能量,一部分能量通過黑洞輻射釋放,還有通過黑洞兩極的噴流釋放。

宇宙印象 深度科普欄目第908期 人類可直接利用的能源中最強大的就是核裂變,目前核聚變技術還停留在實驗室階段,無法大規模開發,不過氫彈已經研發出來,是不可控的核聚變。恆星的能量利用方式讓我們眼前一亮,恆星上的核聚變模式是整個宇宙中最普遍、最基礎的能量,但我們仍然沒有技術去獲得。可以認為恆星教會了我們需要去掌握核聚變技術,這樣才能飛得更遠。

黑洞在質能轉換上可達到42%

除了恆星,宇宙中還有其他質能轉換途徑,只是我們沒有深入了解,最典型的案例就是黑洞。將黑洞描述成一個質能轉換機器也是可以的,黑洞吸積伴星的時候質量被拖入黑洞,轉變為能量,一部分能量通過黑洞輻射釋放,還有通過黑洞兩極的噴流釋放。

黑洞有旋轉和非旋轉之分,兩者對質量的轉換也是不同的。旋轉可以使黑洞更有效地將落入黑洞的任何物質轉換成黑洞能量,因此這類黑洞是最高效的。我們根據愛因斯坦的方程可以明白,一個旋轉的黑洞在質能轉換上可達到42%,超過目前人類核裂變反應堆的能量轉換效率,相當於氣冷堆的轉換率。如果是沸水堆和壓水堆,還沒有達到旋轉黑洞的效率。如果是一個非旋轉的好沒動,那麼落入黑洞的質量只有5.7%被轉換為能量。

旋轉的黑洞更給力

旋轉的黑洞也帶動了周圍時空結構與它一起旋轉,這種現象被稱為慣性系拖曳效應,地球周圍也有類似的情況。該效應會產生一個能層渦,位於黑洞視界之外,落入能層的物質如果速度足夠快還是可以逃離黑洞的引力控制,當然這個過程也會帶走一部分黑洞的能量。鑒於幾乎所有的星系周圍都有超大質量黑洞,因此黑洞周圍的慣性系拖曳效應會顯著影響星系的演化。

2012年的時候,科學家發現黑洞事件視界附近可能存在一道「能量牆」,一旦物質撞上這個牆,就會被超高溫燒毀。當物質粒子在這裡碰撞時,可形成無形的鏈環,黑洞可以打破這種鏈環並釋放出強大的能量。

不過一些科學家對「能量牆」的存在持否定觀點,廣義相對論與量子力學對黑洞的研究顯示,黑洞甚至可能連事件視界都不存在。這也是本次事件視界望遠鏡對黑洞觀測的意義,科學家可以通過圖像來研究事件視界到底是否存在,進一步驗證廣義相對論和量子力學是否正確。宇宙印象為今日頭條獨家,其他均為假冒,轉載均為非法。

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