黑洞炸彈與黑洞文明 | Kurzgesagt

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黑洞是宇宙裡最大的純能量儲存庫

如果你走得太接近, 它們就會把你吞噬和吸收你的能量

然後這些能量就永遠屬於這些黑洞

或許不然。 原來有密技可以偷取這些能量

可以為文明提供能量,直到所有東西滅亡。或者可以建造宇宙裡最大的炸彈

哪這密技是什麼呢?

我們不是說就算光那麼快的能量都逃不出黑洞的引力嗎?

那倒沒錯。

你對黑洞所知的一切將會因為一個原因變得更奇怪:

黑洞都在旋轉。

巨大恆星滅亡時,恆星的核心會因為本身的引力而塌陷成黑洞

這超級巨大的物體變成超級微小,比宇宙任何東西還要小

這些恆星本來就在旋轉,而在宇宙的定律裡,旋轉的物體會繼續旋轉。

這叫做角動量。

角動量不會消失。 當一件旋轉的物體變小,它就會轉得更快

當恆心核心塌陷時,其角動量會令它越轉越快,直到它變成黑洞

這黑洞會一直以不可思議的速度旋轉

有些黑洞每秒旋轉幾百萬次

跟不旋轉的黑洞一樣,

旋轉黑洞都有個事件視界 (Event Horizon) 和位於黑洞中心、集中所有物質的奇異點 (Singularity)

奇異點一半被形容為一個無限小而沒有表面的點

可是點並不能旋轉,所以一個旋轉的奇異點不可能是一個點

而是一個奇異圈 (Ringularity)

奇異圈是一個沒有厚度和表面、以極快速度旋轉、集合黑洞全部的物質的圈

黑洞旋轉的速度足以扭曲時空本身

黑洞能量之大,把空間本身牽著走,

造成一個非常奇怪的新時空空間:動圈 (Ergosphere)。這空間把黑洞包圍

如果時間跟空間在事件視界裡面是完全破滅的,那在動圈裡它們就只是半破滅

在動圈裡,一切都不合理

我們可以進入和離開動圈,可是這大概不是個舒服的旅程

你可以想像:掉進一個靜止的黑洞就像滑進一個洞

而處於一個旋轉黑洞的動圈裡就像在一個漩渦當中,被捲入可怕的中心

黑洞將本身的動能以旋轉的方式轉移到進入動圈的所有物質

奇異圈會逼你「跳舞」。

要在動圈裡站著不動的話,你需要比光速還快

這就是我們的密技:我們可以偷取這能量,這超大量的能量

用銀河系中心的超大質量黑洞為例子,

我們可以偷取的能量相等於銀河系裡所有恆星十億年釋放的能量

最容易偷取這能量的方式竟然是掉一點東西進黑洞裡

動圈裡的物體都會被奇異圈的能量推動

正正像漩渦一樣,時空本身就在衝沖旋轉

聰明的你可以利用這特性而游得更快

現實中,這就代表把火箭送到洞圈裡,然後跟黑洞交易

我們提供物質能量,然後黑洞提供它的部分旋轉能量

這並不是等價交易,我們賺了

正常狀態下,火箭升空就是把化學能換成動能

就像你在游泳池往前游一樣

可是在動圈裡的火箭就像在波浪池中的你

池中的旋轉能量推助你,讓你游得更快

而黑洞提供很多的旋轉能量,你離開動圈時會比進入時擁有大量的額外能量

當黑洞給你一點它的旋轉能量後,它會轉的慢一點

理所當然地,這需要大量的「食物」

幸好,黑洞並不偏食

當未來的先進文明需要能量推助時,他們大概會採集彗星來跟黑洞做能量交易

可是還有一個更好的方法可以從黑洞攝取能量。奇怪地,同時這也是建造宇宙中最大的炸彈的方法:

我們只需要:一個快速旋轉的黑洞和一面大鏡子

這鏡子要完全包圍黑洞

類似戴森球,一個用來收集整個恆星的能量的巨大結構

可是,我們的大鏡子會比較容易建造

鏡子結構比較簡單,而黑洞也比較密集小巧

如果鏡子的厚度是10公分,而黑洞擁有等同我們太陽的質量,那一顆大彗星的金屬大概就足夠我們建造一個包圍這黑洞的鏡子

鏡子一旦建造完成,我們只需要開一扇窗然後向黑洞發射電池波

試想像,把一顆球向牆丟,然後球以比子彈更快的速度彈回來,這就是大鏡子的結果

電磁波以光速射向黑洞

小部分的電磁波掉進事件視界裡,永遠消失

但是大部分的電池波會在動圈裡被甩來甩去

被黑洞的旋轉能量強化

然後開始 「超發光散射/超輻射散射」(Superradiant Scattering)

大意是:「在鏡子和黑洞之間不斷反射,變得越來越強」

每一次經過動圈,電磁波就以幾何級數地被強化

然後我們就可以開幾扇窗來收集能量。 能量增長多快,我們就可以收集多少

理論上,這會容許我們創造一個幾萬億年用之不竭的能量來源

或者我們可以把它引爆。

如果這些電池波不被釋放,它們就會變得越來越強

從黑洞裡攝取更多的能量……直到鏡子破裂碎掉

超大質量黑洞釋放的能量相等於一顆超新星

這將會是任何生物創造的炸彈中最大威力的爆炸

這黑洞炸彈的美麗之處是,這並不是科學幻想。潘羅斯過程 (Penrose process)、超發光散射都是真正的科學現象

在遠遠的未來,這可能是在宇宙滅亡之前唯一的生存辦法

當紅巨星都冷卻下來、白矮星蛻變成黑矮星,宇宙就會永遠黯淡

旋轉黑洞可能會是生命唯一的能源

宇宙中最後的生命體可能會在一個黑洞附近死去

好嚇人,同時也讓人振奮

就算世界上再沒有光,我們還會有容身之所

黑洞既有趣卻又很神秘,然而我們對它們的知識其實不少

數學容許我們推算出人體掉進黑洞的下場

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