能量 事實證明,您可以從黑洞中得到一些東西,但這并不容易
簡介:黑洞的定義特征之一是什么都不會從它們中出來。但是,就像科學上的許多思想一樣,當您仔細觀察時,這種絕對陳述會變得有些相對。您可以從黑洞中得到一些東西:能量。
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黑洞的最大特征之一是任何東西都不能從黑洞中出來。這也是黑洞名字的由來;它們就像一個無底洞,連光都無法逃脫。一個黑色的洞。
但是,就像科學界有很多思想一樣,當您進一步觀察時,這種絕對想法就變得有點相對了。您可以從黑洞中得到一些東西:能量。并且,事實證明,您可以得到得很多,很多很多。
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一篇最新發表的文章表明了如何利用磁場從黑洞中獲取大量的能量,并且可能為我們在黑洞周圍看到的一些天體物理學現象提供能量。這不是一件容易的事情,這項技術不像是您能給您的手機充電或者房屋供暖(更像是把他們蒸發成亞原子粒子,然后以接近光速的速度向外推進),但是它仍然非常的酷。
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從某些方面,黑洞可以被簡單的描述為:吸收一個有質量的物體,并且將其壓縮到與光速相當的速度。當這種情況發生時,任何靠得太近的物體都會被吸收進來。沒有任何事物能夠逃脫。
實際上,您可以用經典的物理學規律(牛頓定律)來描述它們,但是,您需要用愛因斯的廣義相對論才能夠完全理解它。數學很快就變得復雜起來,甚至連概念也變得晦澀起來。但是,當您應用GR時,您會發現一個黑洞,任何黑洞,都能完全的被這三個性質確定:它的質量、它的角動量、它的電荷。
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一個經典的黑洞只有質量,它把空間和時間都扭曲了,很多重要的東西都取決于它的質量。但是,它也可以旋轉,在很多方面就像一顆行星、陀螺或恒星一樣。事實上,許多(如果不是大多數的話)旋轉的速度非常接近光速了。
一個注釋版的黑洞模擬解釋了這個奇異物體的各個部分
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黑洞還能做另一件非常奇怪的事情:當他們旋轉時,它們會拖拽周圍的時空結構,就像奶昔圍繞著攪拌機上的刀片旋轉一樣。這被稱為參考系拖拽(或者更專業的說,叫做冷澤-提爾苓效應),它有一些奇怪的副作用。例如,如果您在黑洞周圍一個叫做能層的區域,您簡直不能坐著不動;在這個體積空間內部,它本身被拉動向旋轉的方向旋轉,因此,無論您是否愿意,您都圍繞著黑洞旋轉。這就像是被連著一個循環跑步機一樣。您一圈又一圈的跑著。
但是,這是釋放能量的關鍵。物體自轉需要能量,減慢它的速度可以釋放能量,并且,一個旋轉的黑洞擁有很多的能量。但是,在地球上、宇宙中,這又是怎么做到的呢?
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帶有吸積盤和噴射的黑洞
在藝術家眼中,黑洞的周圍有物質在吸積盤中旋轉,同時也有一股物質噴流從黑洞中噴射出來
從理論上講,有很多方法,但是,迄今為止,理論家們還沒有深入探究過一種叫做磁重連的方法。
高溫氣體的能量非常高,以至于電子從它們的原子中被剝離出來,我們稱之為等離子體。當等離子體中的帶電粒子四處移動時,它們會產生一個非常強烈的磁場。磁場線(就像您在條形磁鐵圖中看到的那樣)可以非常強,并賦予它們張力—把它想象成彎曲的鋼琴譜線;您必須施加很大的力才能使它彎曲。如果您放手,啪!
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圍繞黑洞運行的等離子體會產生非常強的磁場。當等離子體相互沖撞時,磁力線也會被纏繞、糾纏和折斷。當它們這樣的時候,就會釋放能量。它們這樣一是通過加速它們周圍的亞原子粒子,有時亞原子粒子的速度接近光速。太陽表面的太陽耀斑就是這樣產生的,所以這是一個真實的效應。
這就是事情變得奇怪的地方(是的,當然,我知道您在這樣想;這就是)。
粒子由能量產生,并成對地被炸飛。如果排列正確,其中一個粒子會朝著黑洞旋轉的方向發出巨響離開,而另一個粒子則會朝著相反的方向離開。如果這發生在能層內部,與自旋方向相同的粒子就會逃逸到空間去。另一個反向旋轉的粒子就會掉進黑洞。但是,因為它的運動方向與自旋方向相反,這實際上減緩了黑洞的速度。
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