为什么黑洞是将质量转化为能量的最有效的方式

2018-02-05 来源:蝌蚪五线谱

为什么黑洞是将质量转化为能量的最有效的方式

  图片来源:MINUTEPHYSICS

  爱因斯坦最著名的质能方程E=mc²在物理学上的应用几乎是无限的。但它最明显的后果之一,就是即使是少量的质量也能产生巨大的能量。在MinutePhysics 给出的这段视频中,举出的例子是,如果一只猫的能量能够被完全提取出来,那将可为挪威整个国家提供一年的电力。不幸的是,事情并没有那么简单。

  实际上,要从物质中提取能量是非常困难的。有少数一些方法可以做到这一点,但即使是那些对于我们来说非常强而有力的方法,比如核裂变或核聚变,也只能从质量中转化一小部分势能(核裂变的质能转化率为0.08%,核聚变为0.7%)。

  除了使用在宇宙中极为罕见的反物质,从质量中提取能量的最有效的方法是将质量降为黑洞。黑洞极其微小,但它却蕴藏着不可思议的引力。这意味着当物体进入到黑洞的轨道时,会在落入黑洞的过程中不断加速。想象一颗正在进入地球大气层的流星,它在进入大气层时会加速,释放出能量。再想象一下,物体以指数增长的速度快速移动,在它永远坠入黑洞之前将能量全都释放到宇宙中的情形。

  对于一个非旋转型的黑洞,使用这种方法能将一个物体质量的6%转化为能量。但我们还可以再更进一步。由于旋转型的黑洞会使得时空结构弯曲,所以物体可以在下落掉进黑洞之前更接近事界(黑洞周围物质有去无回的边界),从而释放出更多能量——高达42%。

  这些对于处在地球上的我们人类来说并没有什么意义,因为我们一直在使用诸如核裂变之类的低效方法来释放物质的能量。但也许已经有外来物种成功地利用了这种能量,利用黑洞释放的能量来供养自己的文明。

责任编辑:sun

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