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一种光黑洞和电子差不多大,寿命仅5年,制成引擎却能达到72%光速

关键词:黑洞,能量,引擎,辐射,kugelblitz,形成,人类,质量,太阳系,物质

要把黑洞的霍金辐射作为引擎能量来源

超越太阳系

美国宇航局(NASA)的旅行者2号探测器已飞出太阳系,进入星际空间。这是人类历史上第二艘进入星际空间的飞行器,第一艘也是NASA的探测器,同样在1977年发射的旅行者1号。两艘旅行者号飞行四十年后,相继挣脱太阳系的笼藩,进入星际空间,无疑是人类历史上革命性的事件。

然而,假如我们站在上帝的视角,超越太阳系之外来看这两艘飞船,我们就会发现,人类的革命性成果显得多么的渺小。假如太空中的太阳系是一个足球的话,旅行者1号和2号才刚刚离开足球(直径0.223米)表面;假如它们的目标是离我们最近的恒星系,比邻星所在的半人马座三合星的话,这三颗互绕运行的恒星还在100米之外的球场那一端!

即使如此,我们也等待了一个人的半生,才看到人类制造的最快飞船飞出太阳系这个足球的表面,如果没有更快的交通工具,人类将永远被束缚在宇宙狭小的笼子里,对外面的世界一无所知。

那么,有什么力量可以让我们逃脱这一笼藩,开创人类文明的大未来呢?

这就是理论上勉强可行的库格伯里兹(kugelblitz)黑洞引擎星舰。

传统黑洞

传统的黑洞是物质密集型的,密集到会形成一个事件视界,连光都无法逃脱它的引力范围。这种黑洞的烹调过程其实是这样的,先是有一大团的氢气,质量达我们太阳的25倍,聚集在一起后点燃核聚变,将内部的氢转化成氦;数百万年后,氢烧得差不多了,又点燃氦聚变,将氦转化成碳和氧;之后这些元素又开始融合成其它元素,速度越来越快,最后融合成铁元素。铁不能通过融合产生能量,恒星内部不再有热量补充,无法再抵御强大的引力,因而迅速向内坍缩并反弹,发生超新星爆炸,将外壳炸掉,内部的物质则坠入奇点,形成一个数倍于太阳质量的完美黑洞。

当然,还有一些菜谱可以制造黑洞,比如宇宙膨胀初期密度很大的区域直接坍缩成黑洞,中子星合并形成黑洞等。

然而这些黑洞实在太危险,我们恐怕还没有能力捕获它们来为我们的宇宙飞船烧“锅炉”。

kugelblitz黑洞引擎

在你的心目中可能有这样一个根深蒂固的概念,黑洞是大量物质抵御不住引力坍缩而形成的。但爱因斯坦有一个著名的质能公式,E=mc^2,意味着质量和能量是等价的,质量是锁定在某种范围内的能量,万有引力对质量和能量具有同样的影响。既然物质坍缩可以形成黑洞,那么能量能不能直接形成黑洞呢?这就是我们的kugelblitz黑洞引擎!

kugelblitz是德语球状闪电的意思,在天文学上指由光或者说辐射,而不是物质制造的黑洞。光没有质量,但有能量,理论上可以将足够多的辐射聚集到微小的空间中形成一个事件视界,这个空间引力是如此之大,以致没有任何物质和能量能从中逃脱,于是kugelblitz黑洞便诞生了。

这个想法美妙而优雅,我们可以开发一种能够发射最强形式能量——伽马射线的激光器,精确地将它们聚焦在一个非常准确的空间点上,就可以生成一个kugelblitz黑洞。

黑洞引擎原理

kugelblitz黑洞之所以能够用作引擎的燃料,是因为霍金辐射的存在。一个太阳质量的黑洞,表面温度极低,要10^67年才能完全蒸发掉;而越小的黑洞,表面温度越高,霍金辐射越强,蒸发得越快,比如欧洲的大型强子对撞机,假如制造出黑洞的话,在极短的时间里就会哧溜一声蒸发掉,不会对我们造成威胁。

要把黑洞的霍金辐射作为引擎能量来源,我们需要精心烹调,制作一个能量输出和寿命平衡的黑洞。比如一个直径100亿亿分之一米(10^-18米,比原子、质子、中子还小,和电子、夸克差不多大)的黑洞,其寿命大约为5年,可以辐射出12.9亿亿KW的能量,我们只需要把它放到一个抛物面反射镜的焦点处,就可利用源源不断辐射出来的能量推动黑洞引擎前进了。根据2015年贝勒大学Jeffrey Lee的计算,使用这种引擎,我们可以将飞船速度推进到光速的72%!

好了,到离我们最近的恒星系终于只需要几年的时间了!

数学瓦解

但是,文章的开始我就说了,这种黑洞引擎只在理论上勉强可行,这就意味着它还存在理论上的问题。这个问题就是,要制造这样的黑洞,激光器的单个脉冲就需要太阳十分之一秒产生的能量;即使我们未来能够做到,其温度也将超过普朗克温度,即1.416808×10^32开尔文!

这已经超出我们对物理学的理解了,在这一温度下,所有用于物理定律的数学都已经瓦解了,我们无从知道会发生什么事情。就像有人问,如果乘着飞船以光速前进会发生什么?没有人知道会发生什么,因为物理定律在这种情况下已经崩溃,我们无法科学地准确说出会发生什么。

所以,kugelblitz黑洞引擎星舰能不能带我们遨游时空,现在还是一个问题。

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发布日期:2022-05-03 19:28:52

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